Two Loops, Three Currents — Both Laws at Once

الكهرباء والمغناطيسية متقدم مجاني VR · AR
Two Loops, Three Currents — Both Laws at Once – الكهرباء والمغناطيسية
Two Loops, Three Currents — Both Laws at Once – الكهرباء والمغناطيسية

لوح دوائر رمادي على طاولة مختبر يحمل بطاريتين مغلقتين من نوع الرصاص الحمضي، وثلاث مقاومات قدرة ذهبية، وثلاثة أميترات رقمية، موصلة في صورة مسارين مغلقين يشتركان في فرع أوسط. السهم المطبوع على كل أميتر هو الاتجاه الذي افترضناه لتياره. تضبط المزالق البطاريتين والمقاومات الثلاث، وتُحل الدائرة حلًا دقيقًا لحظة أي تغيير. اضغط ‎▶‎ فتسير شحنة اختبار حول المسار الأول ثم الثاني، بينما يرتفع سياج فوقها وينخفض مع الجهد — يُعرض السير مرة واحدة ثم يتوقف، والخط الزمني يعيدك إلى أي لحظة

كيف تستخدم هذه المحاكاة

ما الذي تلاحظه

الفيزياء وراءها

قانون كيرشوف الأول، قانون نقطة التفرع، هو حفظ الشحنة: عند النقطة ‎c‎ تساوي التيارات الداخلة التيارات الخارجة، ‎I₁ + I₂ = I₃‎. والقانون الثاني، قانون المسار المغلق، هو حفظ الطاقة: في أي مسار مغلق يساوي مجموع ارتفاعات الجهد عبر البطاريات مجموع انخفاضاته عبر المقاومات، ‎ΣV_B = ΣIR‎. بعد افتراض اتجاه لكل تيار يعطي المسار ‎abcfa‎ المعادلة ‎6 − 2 = 2I₁ − 3I₂‎، ويعطي المسار ‎cdefc‎ المعادلة ‎2 = 3I₂ + 5I₃‎. ثلاث معادلات لثلاثة مجاهيل: ‎I₁ = 1.226‎ أمبير، و‎I₂ = −0.516‎ أمبير، و‎I₃ = 0.710‎ أمبير. الإشارة السالبة معلومة وليست خطأ: التيار الأوسط يسري فعلًا إلى أسفل، من الموجب إلى السالب داخل البطارية ‎2‎ فولت، فتكتسب هذه البطارية طاقة — أي أنها تُشحن. والطاقة تتحقق من الحل: تعطي البطارية ‎6‎ فولت قدرة ‎6 × 1.226 = 7.36‎ واط، ومجموع الحرارة في المقاومات الثلاث مع قدرة الشحن ‎2 × 0.516‎ واط يساوي ‎7.36‎ واط أيضًا. ويقرأ فولتميتر بين ‎a‎ و‎b‎ القيمة ‎3.548‎ فولت من أي طريق: ‎6 − 1.226 × 2‎ أو ‎2 + 0.516 × 3‎ أو ‎0.710 × 5‎. أما المسار الخارجي فلا يضيف جديدًا لأنه مجموع المسارين الآخرين. وتحل المزالق نفسها دوائر مشابهة: بطاريتا ‎12‎ فولت و‎5‎ فولت مع ‎3‎ و‎2‎ و‎4‎ أوم تعطيان ‎2‎ و‎−0.5‎ و‎1.5‎ أمبير

Kirchhoff's lawsjunction ruleloop ruleΣI_in = ΣI_outΣV_B = ΣIRmulti-loop circuitcharging a battery3D