Two Batteries Head to Head — Which One Is Charging?

الكهرباء والمغناطيسية متوسط مجاني VR · AR
Two Batteries Head to Head — Which One Is Charging? – الكهرباء والمغناطيسية
Two Batteries Head to Head — Which One Is Charging? – الكهرباء والمغناطيسية

بطاريتان من نوع الرصاص الحمضي المغلقة، ‎6‎ فولت في الخلف و‎12‎ فولت في الأمام، في دائرة واحدة على لوح دوائر مع مقاومتي قدرة ‎10‎ أوم و‎8‎ أوم. وُصّلتا بحيث تدفع كلٌّ منهما عكس الأخرى: البطارية ‎6‎ فولت تدفع الشحنة في اتجاه دوران عقارب الساعة، والبطارية ‎12‎ فولت عكسه. وعلى كل بطارية جهاز مراقبة صغير مشبوك بقطبيها يبيّن هل هي تُشحن أم تُفرَّغ، وأميتر سهمه المطبوع في اتجاه عقارب الساعة يقيس التيار. اختر اتجاهًا مفترضًا للتيار ثم اضغط التشغيل: تدور شحنة اختبار حول الدائرة في ذلك الاتجاه، ويتبع سياجٌ فوقها الجهد، ويجمع مخططٌ الطاقةَ التي تعطيها إحدى البطاريتين، والتي تتحول حرارةً في المقاومتين، والتي تُخزَّن في البطارية الأخرى.

كيف تستخدم هذه المحاكاة

ما الذي تلاحظه

الفيزياء وراءها

الدائرة ذات المسار الواحد ليس فيها نقاط تفرّع، فلا يضيف قانون كيرشوف الأول شيئًا، ويعطي القانون الثاني ‎ΣV_B = ΣIR‎ معادلة واحدة للتيار المجهول الوحيد. اختر اتجاهًا للمسار واتجاهًا مفترضًا للتيار (هنا كلاهما مع عقارب الساعة)، واحسب كل بطارية موجبة إن كانت تدفع في اتجاه الدوران وسالبة إن كانت تدفع عكسه: ‎(V_B)₁ − (V_B)₂ = I(R₂ + R₁)‎، أي ‎6 − 12 = I(8 + 10)‎ ومنها ‎I = −6/18 = −0.333‎ أمبير. الإشارة السالبة هي الإجابة لا خطأ: التيار يسري فعلًا عكس عقارب الساعة بشدة ‎0.333‎ أمبير. وهو يعبر البطارية ‎12‎ فولت من السالب إلى الموجب، فتعطي طاقة بمعدل ‎(V_B)₂I = 12 × 0.333 = 4‎ واط، ويعبر البطارية ‎6‎ فولت من الموجب إلى السالب عكس دفعها، فتأخذ طاقة بمعدل ‎(V_B)₁I = 6 × 0.333 = 2‎ واط: إنها تُشحن. وتحوّل المقاومتان ‎I²(R₁ + R₂) = 0.333² × 18 = 2‎ واط إلى حرارة. القدرة المنتَجة تساوي القدرة المستهلَكة، ‎4 = 2 + 2‎ واط، ففي ‎10‎ ثوانٍ تُعطى ‎40‎ جول، تصير ‎20‎ جول منها حرارة وتُخزَّن ‎20‎ جول. ولو افترضت الاتجاه عكس عقارب الساعة لأعطت المعادلة نفسها ‎+0.333‎ أمبير: الفيزياء لا تتوقف على التخمين.

Kirchhoff's second lawsingle loopΣV_B = ΣIRnegative currentcharging a batterypower produced = power consumedconservation of energy3D