Hanging the Voltmeter — Potential Difference by Kirchhoff

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Hanging the Voltmeter — Potential Difference by Kirchhoff – Electricidad y magnetismo
Hanging the Voltmeter — Potential Difference by Kirchhoff – Electricidad y magnetismo

Una placa de circuitos gris sobre una mesa de laboratorio lleva dos baterías selladas de plomo-ácido, ocho resistencias de potencia doradas y un amperímetro LED, conectados como dos mallas más un par de caminos en paralelo que se unen en el punto Y; y Y está unido a un borne de tierra por un cable verde y amarillo. Sobre la mesa hay un multímetro de mano con sus dos puntas de prueba. Los deslizadores fijan las dos baterías y dos de las resistencias, y el circuito se resuelve con exactitud en cuanto algo cambia. Pulsa ▶: con las puntas en A y en B, una carga de prueba recorre el camino largo de A a B bajo una valla de potencial; después las puntas pasan a X y al borne de tierra, y un segundo recorrido va de Y hasta X. Los recorridos se reproducen una vez y se detienen, y la línea de tiempo te lleva a cualquier instante.

Cómo usar esta simulación

Qué observar

La física detrás

Cuando las leyes de Kirchhoff ya han dado todas las corrientes, la diferencia de potencial entre dos puntos cualesquiera sale de la regla de las mallas. Se cuelga un voltímetro entre los dos puntos y su lectura se trata como un término más de una malla que recorre el circuito de una punta a la otra y vuelve a través del aparato: todas las subidas y bajadas de esa malla deben anularse. Con las baterías de 30 V y 20 V (cada una con 1 Ω interno) las corrientes son I₁ = −0,8 A —el amperímetro marca en contra de su flecha impresa—, I₂ = 0,6 A e I₃ = 1,4 A. En los dos caminos en paralelo, I₂ se reparte en proporción inversa a sus resistencias: 0,4 A por el camino de 6 Ω y 0,2 A por el de 12 Ω. Ir de A a través de la resistencia de 2 Ω, en contra de sus 0,4 A, sube el potencial 0,8 V; seguir desde Y a través de la de 8 Ω, a favor de sus 0,2 A, lo baja 1,6 V. Volver a A a través del aparato debe deshacer el neto de −0,8 V, así que 0 = 0,4 × 2 + V_AB − 0,2 × 8 y V_AB = 0,8 V. El potencial de un punto es su diferencia de potencial con la tierra, que se toma como cero: con la punta negra en el borne de tierra, el aparato marca directamente V_X. Ir desde Y por las resistencias de 8 Ω y 4 Ω a favor de la corriente, por la de 7 Ω en contra, y por la batería de 30 V de + a −, da −30 = V_XY + 0,2 × (8 + 4) − 0,8 × (7 + 1), así que V_X = −26 V. El camino no importa: todos los caminos entre los mismos dos puntos dan el mismo resultado, porque cualquier malla cerrada suma cero.

Kirchhoff's lawsloop rulepotential differencevoltmeterearthingelectric potentialΣV_B = ΣIRmulti-loop circuit3D