אלקטרודינמיקה: מה זה, מושגים, באנם

ה אלקטרודינמיקה הוא ענף הפיזיקה החוקר את מטענים חשמליים בתנועה. המושגים העיקריים הנלמדים בתחום זה הם זרם חשמלי (i), התנגדות חשמלית (R) והספק חשמלי (P).

ה זרם חשמלי היא התנועה המסודרת של המטענים והיא נקבעת לפי כמות המטען (ΔQ) שעוברת בזמן נתון (Δt). יחידת המידה שלו היא אמפר (A).

ה התנגדות חשמלית נמצא באמצעות חוק אוהם 1 ו-2, המתייחסים להתנגדות למתח (U) ולזרם (i), וכן להתנגדות לסוג החומר ממנו עשוי המוליך. יחידת המידה שלו היא אוהם (Ω).

ה כוח חשמלי זוהי היעילות של המכשיר להפוך אנרגיה, במקרה זה אנרגיה חשמלית. יחידת המידה שלו היא וואט (w).

קראו גם: חוקי אוהם - חוקי יסוד לחקר החשמל

סיכום

• לימודי אלקטרודינמיקה טעינה בתנועה.
• שלושת המושגים העיקריים של האלקטרודינמיקה הם: זרם חשמלי, התנגדות חשמלית וכוח חשמלי.
• זרם חשמלי (i) הוא כמות המטען שעוברת במוליך בזמן נתון.
• התנגדות חשמלית היא הקושי להעביר זרם במוליך.
• ההתנגדות החשמלית מצייתת לחוק האוהם הראשון והשני, שנוסח על ידי גיאורג סיימון אוהם.
• החוק הראשון של אוהם מקשר בין מתח (U) לזרם חשמלי (i).
• אם ההתנגדות של מוליך קבועה, אנו קוראים לנגד הזה אוהם.
• החוק השני של אוהם מתייחס להתנגדות החשמלית לסוג ולצורת החומר ממנו עשוי המוליך.
• כוח חשמלי הוא היעילות של הפיכת אנרגיה וניתן למצוא אותו באמצעות המתח והזרם של מכשיר.

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

מהי אלקטרודינמיקה?

זה תת-תחום של פיזיקה שנמצא בפנים וחשמל. ה הדאגה בתחום זה היא ללמוד את התנועה של מטענים חשמליים. לכן, חקר האלקטרודינמיקה מורכב מהבנה ויישום של זרם חשמלי, התנגדות חשמלית וכוח חשמלי.

מושגים עיקריים של אלקטרודינמיקה

אלקטרודינמיקה עוסקת בהבנת ההשפעות של מטענים נעים. לפיכך, המושגים העיקריים שלו הם: זרם חשמלי, התנגדות חשמלית והספק חשמלי

• זרם חשמלי

ה זרם חשמלי היא תנועה מסודרת של מטענים חשמליים בתוך מוליך עקב הפרש פוטנציאל (ddp). עוצמת הזרם (i) מחושבת לפי כמות המטענים (ΔQ) שעוברים על המוליך בזמן נתון (Δt):

 i: זרם חשמלי (C/s או A)

ש: מטען חשמלי (C)

 t: זמן(ים)

← שיעור וידאו: אלקטרודינמיקה באנם - זרם חשמלי

• התנגדות חשמלית

ה רהִתנַגְדוּת וחַשׁמַלִיהוא הקושי בהעברת זרם חשמלי. הוא מציית לחוק הראשון והשני של אוהם (חוקים שנוסחו על ידי גאורג סיימון אוהם על תפקוד ההתנגדות החשמלית).

→ החוק הראשון של אוהם

ההחוק הראשון של אוהם קובע שהזרם החשמלי (i) פרופורציונלי למתח (U) שאליו נתון המוליך. ואם הקשר הזה קבוע, כלומר, אם ההתנגדות החשמלית (R) קבועה, אנו קוראים לנגדים הללו אוהמים.

i: זרם חשמלי (A)

R: התנגדות חשמלית (Ω)

U: מתח (V)

→ החוק השני של אוהם

ההחוק השני של אוהםקובע שהתנגדות חשמלית היא מאפיין של הגוף ותלוי בצורה (אורך ושטח) ובחומר ממנו עשוי הגוף, הִתנַגְדוּת סְגוּלִית (ρ). החוק השני של אוהם מקשר בין שתי התכונות הללו.

L: אורך המוליך (L)

R: התנגדות חשמלית (Ω)

ת: שטח מוליך (מ²)

ρ: התנגדות (Ω. M²)

← Videoclass: אלקטרודינמיקה באנם - התנגדות חשמלית וחוקי אוהם

• כוח חשמלי

כוח הוא היעילות של הציוד בהפיכת אנרגיה, כלומר כמה מהר המכשיר מסוגל להפוך אנרגיה אחת (ΔE) לאחרת. הוא נמדד בוואט (W).

במקרה של כוח חשמלי, יש לנו את היעילות להפוך אנרגיה חשמלית לאנרגיות אחרות, כגון תֶרמִי, זוהר וקולני.

P: הספק חשמלי (A.V או W)

i: זרם חשמלי (A)

U: מתח (V)

כדי למצוא חשמל ב נגדים, נוכל לשנות את משוואת ההספק החשמלי הראשונה יחד עם משוואת ההתנגדות החשמלית. בידוד המתח (U), במשוואת ההתנגדות החשמלית, יש לנו:

בהחלפת ה-U במשוואת ההספק החשמלי, יש לנו:

ועדיין נוכל למצוא משוואה נוספת המבודדת את הזרם (i) במשוואת ההתנגדות החשמלית ומחליפה אותה במשוואת ההספק החשמלי:

קראו גם: מעגלים חשמליים - חיבורים המאפשרים זרימת זרם חשמלי

אלקטרודינמיקה באנם

ניתן למצוא אלקטרודינמיקה בחיי היומיום בקלות בכל מכשיר חשמלי בו אנו משתמשים. אז זה אחד המקצועות המבוקשים ביותר, בפיזיקה, באנם.

בהתחשב בכך, נושאים הקשורים למעגלים, כגון מקלחת חשמלית ונורות, הכוללים בין היתר שינוי אנרגיה, הם נושאים של ניתוח אלקטרודינמי. הבה נסתכל על דוגמה למטה.

(אנם 2016) מנורת LED (דיודה פולטת אור), הפועלת עם 12V וזרם ישר של 0.45A, מפיקה את אותה כמות אור כמו מנורת ליבון בהספק של 60W.

מה הערך של הפחתת צריכת החשמל בעת החלפת מנורת הליבון ב-LED?

פתרון הבעיה

באמצעות משוואת העוצמה והצבת המידע במשפט, יש לנו:

כאשר התרגיל מבקש הפחתת הספק, יש לנו שהספק של מנורת הליבון היה 60 ואט, ושל נורת ה-LED, 5.4 וואט. אם מפחיתים אחד אחרי השני, יש לנו הפחתה של 54.6 W.

תרגילים פתורים על אלקטרודינמיקה

1. (אנם 2017) הקיבולת של סוללה עם מצברים, כמו זו המשמשת במערכת החשמל של רכב, מצוינת באמפר שעות (Ah). סוללת 12V, 100Ah מספקת 12J עבור כל קולומב טעינה שזורם דרכה.

אם גנרטור, עם התנגדות פנימית זניחה, המספק הספק חשמלי ממוצע השווה ל-600 W, מחובר למסופי הסוללה המתוארים, כמה זמן ייקח להטעין אותה מחדש לַחֲלוּטִין?

א) 0.5 שעות

ב) 2 שעות

ג) 12 שעות

ד) 50 שעות

 ה) 100 שעות

פתרון הבעיה

חלופה ב'.

כדי לדעת את השעה, עלינו להבין את כמות האנרגיה הכוללת כאשר הטעינה הושלמה, כלומר מתי כמות הטעינה Q שווה ל-100A.h. מכיוון שהעומס נראה בדרך כלל בקולומב, בואו נשנה את היחידה של מידה. כמו בשעה, יש לנו 3600 שניות, אנחנו יכולים להכפיל את ה-100 A.h ב-3600 שניות, ולהשאיר אותנו עם 360000 C.

אם 1 C מספק 12 J של אנרגיה, עבור שלטון של שְׁלוֹשָׁה, 360000 C מספקים 432000 J:

שימוש במשוואת ההספק וזמן הבידוד (t):

בהפיכת שניות לשעות, יש לנו 7200 שניות = 2 שעות.

2. (אנם 2016) על חשמלאי להתקין מקלחון בדירוג 220V - 4400W עד 6800W. להתקנת מקלחונים, מומלץ רשת מתאימה, עם חוטים בקוטר הולם וא מפסק בגודל הכוח והזרם החשמלי, מסופק עם מרווח סובלנות קרוב של 10%. מפסקי חשמל הם התקני בטיחות המשמשים להגנה על מתקנים חשמליים מפני קצר חשמלי ו עומסי יתר חשמליים ויש לנתק אותם בכל פעם שיש מעבר זרם חשמלי גדול מזה המותר ב התקן.

כדי לבצע התקנה בטוחה של מקלחון זה, הערך של הזרם המרבי של המפסק חייב להיות:

א) 20 א

ב) 25 א

ג) 30 א

ד) 35 א

ה) 40 א

פתרון הבעיה

חלופה D.

כדי למצוא את הזרם המקסימלי שיכול לזרום דרך המפסק, עלינו להשתמש בערך ההספק המרבי (6800W) במשוואת ההספק החשמלי:

אבל ההצהרה קובעת שהמפסק חוזה 10% יותר זרם, אז כדי לחשב את ההפרש הזה:

אם מוסיפים את השניים יחד, יש לנו ערך משוער של 33 A.

מאת גבריאלה דה אוליביירה
מורה לפיזיקה