Node by Node — Untangling a Network of Junctions

الكهرباء والمغناطيسية متوسط مجاني VR · AR
Node by Node — Untangling a Network of Junctions – الكهرباء والمغناطيسية
Node by Node — Untangling a Network of Junctions – الكهرباء والمغناطيسية

شبكة صغيرة من أعمدة التوصيل النحاسية والأسلاك على لوحة دوائر، وهي جزء من دائرة أكبر. ستة تيارات تعبر حدّها وتُقرأ على أميترات رقمية — ‎1‎ أمبير و‎2‎ أمبير تخرجان منها، و‎2‎ و‎3‎ و‎4‎ و‎2‎ أمبير تدخلها — لكن الأميترات على خمسة أسلاك أخرى مغطاة بشريط لاصق ورقي. اضغط تشغيل لتستنتج التيارات المخفية عقدةً بعد عقدة: تتوهج كل عقدة أثناء حلّها، وتظهر معادلتها بجوار المشهد، ويُنزع الشريط عن الأميتر الذي عُرف تياره للتوّ لتتحقق من الإجابة. وفي الثانيتين الأخيرتين يُرسم حدّ متقطع حول الشبكة كلها ليبيّن أنها هي أيضًا تخضع لقاعدة العقدة.

كيف تستخدم هذه المحاكاة

ما الذي تلاحظه

الفيزياء وراءها

يصح قانون كيرشوف الأول ‎ΣI_in = ΣI_out‎ عند كل عقدة — أي عند كل نقطة يلتقي فيها ثلاثة أسلاك أو أكثر. والنقاط التي يصل بينها سلك عادي هي عقدة واحدة، فـ‎a‎ و‎b‎ تُعدّان عقدة واحدة. ولحل الشبكة ابدأ بعقدة فيها تيار مجهول واحد فقط، فحلّها ثم انتقل: كل إجابة تترك العقدة التالية بمجهول أقل. في البداية لكلٍّ من ‎b‎ (مع ‎a‎) و‎c‎ مجهول واحد، ولـ‎d‎ ثلاثة، ولكلٍّ من ‎e‎ و‎f‎ اثنان. إذن: عند ‎b‎: ‎I_b = 1 + 2 = 3 أمبير‎؛ وعند ‎c‎: ‎2 + 3 = I_c = 5 أمبير‎؛ وعند ‎d‎: ‎5 = 3 + I_d‎، أي ‎I_d = 2 أمبير‎؛ وعند ‎e‎: ‎2 + 4 = I_e = 6 أمبير‎؛ وعند ‎f‎: ‎6 + 2 = I = 8 أمبير‎. وللتحقق تتصرف الشبكة كلها كعقدة كبيرة واحدة: يدخلها ‎2 + 3 + 4 + 2 = 11 أمبير‎ ويخرج منها ‎1 + 2 + 8 = 11 أمبير‎. وإذا جاءت نتيجة سالبة فالتيار يسري عكس الاتجاه المرسوم — اجعل التيارين الداخلين إلى ‎c‎ صفرًا فيصبح ‎I_d = −3 أمبير‎، أي يسري من ‎e‎ صعودًا إلى ‎d‎.

Kirchhoff's current lawjunction rulenodesnetwork analysisΣI_in = ΣI_outconservation of chargeammeter3D