חוק פויל: מושג, אופן השימוש בו, דוגמאות

חוק פוילה הוא ביטוי המשמש לקביעת עוצמת ה- זרם חשמלי שעובר דרך רשת פשוטה. סריגים פשוטים הם מעגלים חשמליים סגור, ללא סניפים. חוק פוילה קובע כי הזרם החשמלי ברשתות אלה תואם את ההבדל בין הכוחות אלקטרומטר ונגד אלקטרומוטיבי, חלקי סכום ההתנגדות החשמלית של כל אלמנט קיים ברשת.

החוק של פויל נובע מחוק שימור של אֵנֶרְגִיָה כללי יותר, המכונה חוק הסריג של קירשוף, שניתן להחיל על מעגלים חשמליים מורכבים יותר. עם זאת, במקרים פשוטים יותר השימוש בחוק פוילה הוא יתרון יותר, בהתחשב בפשטותו.

יתר על כן, בכל שנה מופיע מספר רב של תרגילי אלקטרודינמיקה ב וגם ובבחינות קבלה אחרות, שניתן לפתור בפשטות ובמהירות אם אנו מיישמים נכון את החוק המדובר.

תראהגַם: חוק אוהם - אחד החשובים ביותר באלקטרודינמיקה

חוק פוילה

החוק של פויל מאפשר לך לחשב את מודול הזרם החשמלי שהוקם לאורך רשת. רשתות, בתורן, הן שבילים סגורים בתוך מעגל חשמלי. על פי חוק זה, הזרם החשמלי שווה לסכום כוחות האלקטרו-מוטו פחות סכום הכוחות הנגד-אלקטרומוטריים, שתוצאתם מחולקת בהתנגדות הכוללת של הרשת. שים לב לדמות הבאה, בה אנו מביאים את חוק פוילה בצורתו הכללית:

ε ו- ε ' - כוח אלקטרו-מנוע וכוח נגד-אלקטרו-מנוע (V - וולט)

ר, ר_אני ור '_אני - סכום ההתנגדות החשמלית של נגדים, גנרטורים ומקלטים

אל תפסיק עכשיו... יש עוד אחרי הפרסום;)

כיצד להשתמש בחוק פוייה

כדי לבצע חישובים על פי חוק פויל, יש צורך לדעת מי גנרטורים ומי הם מקלטיםמתנות ברשת. אז אתה חייב לדעת את כיוון זרם חשמלי כדי שנוכל לזהות אילו אלמנטים קיימים ברשת.

לדעת את כיוון הזרם, מספיק לזכור שגנרטורים חשמליים חוצים תמיד מהפוטנציאל הנמוך ביותר לפוטנציאל הגבוה ביותר (מוט קטן יותר ופס גדול יותר, בהתאמה), בעוד שהזרם העובר דרך המקלטים מגיע לפוטנציאל הגבוה ביותר ומשאיר אותו דרך המסוף התחתון פוטנציאל.

האיור הבא מדגים כיצד נוכל לזהות את הגנרטורים והמקלטים במעגלים:

גנרטורים עוברים מהפוטנציאל הקטן ביותר לגדול ביותר, ואילו המקלטים עושים זאת מהקטנה לגדולה ביותר.

לאחר זיהוי המחוללים והמקלטים, עלינו לזכור כי ה- גנרטורים מייצרים כוח אלקטרומוטורי ומקלטים צורכים אותו. כמות האנרגיה שכל מקלט צריך להפעיל נקראת כוחדלפק אלקטרומוטיבי. לכן, בחוק פוילה, נלקח בחשבון ההבדל בין האנרגיה שמייצרים הגנרטורים לבין זו הנצרכת על ידי המקלטים.

דוגמה לחוק פוילה

בנושא זה אנו מראים דוגמה למעגל שיכול לקבוע את הזרם החשמלי שלו בקלות על ידי יישום החוק של פויל, ראה:

ברשת יש גנרטור חשמלי אמיתי, עם כוח אלקטרומוטורי השווה ל -10 וולט והתנגדות פנימית שווה ל 1 Ω, מחובר למנוע חשמלי עם כוח אלקטרומטרסי נגד השווה ל 8 וולט, התנגדות חשמלית שווה ל -1 Ω. כפי שמוצג באיור זה:

כאשר ε = 10 V, ε '= 8 V, r_אני = 1 Ω, ו- r '_אני = 1 Ω, קבע בעזרת חוק פוילה את עוצמת הזרם החשמלי העובר במעגל:

פתרון הבעיה:

הדוגמה מדברת על מעגל שנוצר אך ורק על ידי גנרטור המחובר למנוע חשמלי. מתוך ידיעה זו, נשתמש במידע המסופק בנוסחת החוק של פויל:

תראהגַם:תנועה אחידה - מושג, נוסחאות ותרגילים

תרגילים נפתרו על חוק פוילה

שאלה 1) שימו לב למעגל החשמלי המוצג באיור הבא:

בעזרת חוק פואיל, קבעו את חוזק הזרם החשמלי שנוצר במעגל זה וסמנו את החלופה הנכונה:

א) 1.0 א

ב) 1.5 א

ג) 2.5 א

ד) 5.0 א

ה) 7.5 א

תבנית: אות ב '

פתרון הבעיה:

לפני שנפתור את התרגיל, עלינו להתבונן היטב בכיוון הזרם החשמלי. בכך אנו שמים לב כי ישנם שני גנרטורים ברשת המאוירת, שכן שני האלמנטים היחידים של ה- מעגלים שאינם נגדים מועברים על ידי הזרם החשמלי מהקטן לגדול ביותר פוטנציאל. ברגע שזה נעשה, אנו פשוט מיישמים את החוק של פויל:

בהתבסס על החישובים שבוצעו, אנו מגלים שהזרם החשמלי שנוצר במעגל שווה ל- 1.5 A, ולכן האלטרנטיבה הנכונה היא האות b.

במעגלים פשוטים כמו הדמיה, החוק של פויל משמש לחישוב זרם חשמלי.

שאלה 2) בלולאה סגורה, ישנם שלושה גנרטורים אמיתיים וזהים המשויכים לסדרות. ידוע שכוחותיהם האלקטרומוטיים שווים ל -1.5 וולט וכי ההתנגדות החשמלית שלהם היא 0.25 Ω. אם קבוצה זו של גנרטורים מחוברת למנוע חשמלי קטן אידיאלי, עם כוח נגדי אלקטרומוטורי השווה ל -3.0 וולט, מה תהיה עוצמת הזרם החשמלי שיעבור דרכו?

א) 0.5 א

ב) 1.5 א

ג) 2.0 א

ד) 5.0 א

ה) 3.5 א

תבנית: אות ג '

פתרון הבעיה:

כדי לפתור את התרגיל, נשתמש בחוק פוילה, לכן נספר את כל הכוחות האלקטרו-מוטוריים של הגנרטורים ואז נגרע את הכוח הנגדי-אלקטרומי של המקלט. שימו לב לחישוב באיור הבא:

על פי החישובים, הזרם החשמלי שנוצר במעגל זה הוא 2.0 A, ולכן האלטרנטיבה הנכונה היא האות c.

מאת רפאל הלרברוק
מורה לפיזיקה