Arbeit in der Physik ist es eine skalare Größe, die die Menge an Energie bestimmt, die von einem Objekt als Ergebnis seiner Interaktion mit anderen Objekten übertragen oder empfangen wird. Beim Studium von Stromkreisen wird die Arbeit zu einem besonders wichtigen Konzept. Betrachten Sie die Arbeit an einem Stromkreisabschnitt bei Gleichstrom.
In einem elektrischen Stromkreis bestimmt der Strombetrieb die Menge an elektrischer Energie, die ein Strom an einer bestimmten Stelle sendet oder empfängt. Der Betrieb hängt von der Stromstärke, der Wechselwirkung und der Spannung am Schaltkreisabschnitt ab.
Die Formel für die Berechnung des Gleichstrombetriebs lautet wie folgt:
Arbeit = Spannung * Ladung * Zeit
In dieser Formel wird die Spannung durch das Symbol U, die Ladung durch das Symbol Q und die Zeit durch das Symbol t gekennzeichnet. Bei der Berechnung der Arbeit muss berücksichtigt werden, dass Spannung und Ladung in einem Einheitensystem ausgedrückt werden müssen (z. B. in Volt bzw. in Anhängern).
Was ist DC-Betrieb
In der Physik bedeutet der Begriff "Arbeit", Energie zu verbrauchen, um ein Objekt im Raum zu bewegen. Im Zusammenhang mit Gleichstrom bezieht sich die Arbeit auf elektrische Energie, die für die Bewegung elektrischer Ladungen in einem Stromkreis ausgegeben wird.
Der Gleichstrombetrieb kann berechnet werden, indem die elektrische Ladung mit der Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten in der Schaltung multipliziert wird, durch die der Strom fließt. Die Formel für die Berechnung des Gleichstrombetriebs lautet wie folgt:
Betrieb (W) = Ladung (Q) * Potentialdifferenz (V)
Der Gleichstrombetrieb hängt daher von zwei Faktoren ab: der Ladung und der Potentialdifferenz. Die Ladung wird in der Menge des Anhängers (C) gemessen und die Potentialdifferenz wird in Volt (V) gemessen.
Der Gleichstrombetrieb kann sowohl positiv als auch negativ sein, abhängig von der Stromrichtung und der Potentialdifferenz. Wenn der Strom von einem Punkt mit höherem Potential zu einem Punkt mit geringerem Potential in die Richtung geht, ist der Betrieb positiv. Wenn der Strom in die entgegengesetzte Richtung geht, ist der Betrieb negativ.
Ein Beispiel für einen Gleichstrombetrieb kann die Stromversorgung von einer Stromquelle zu elektrischen Geräten im Haus sein. Die Stromversorgung erzeugt eine Potentialdifferenz, und die Drähte im Haus übertragen diesen Strom an verschiedene elektrische Geräte wie Leuchten, Kühlschrank usw. Jedes Mal, wenn sich eine elektrische Ladung durch den Stromkreis bewegt, wird gearbeitet.
| Ein Beispiel | Ladung (Q) (Anzahl des Anhängers) | Potentialdifferenz (V) (Volt) | Arbeit (W) (Joey) |
|---|---|---|---|
| Stromversorgung der Lampe | 0.1 C | 120 V | 12 J |
| Stromversorgung zum Kühlschrank | 0.5 C | 240 V | 120 J |
| Stromversorgung zum Computer | 0.3 C | 110 V | 33 J |
Daher ist die Arbeit von Gleichstrom ein wichtiges Konzept in der Physik und spielt eine Rolle in verschiedenen Aspekten unseres täglichen Lebens, die mit der Verwendung von Elektrizität verbunden sind.
Begriffsbestimmung
In einem elektrischen Stromkreis wird der Gleichstrombetrieb nach der Formel berechnet:
wo R - betrieb (J oder W · s), U - spannung (Volt), I - stromstärke (Ampere) und t - die Zeit (Sekunden), in der ein elektrischer Strom fließt.
Die Spannung in der Schaltung, die Stromstärke und die Zeit sind die Hauptfaktoren, die die Größe des Gleichstrombetriebs beeinflussen. Je höher die Spannung oder Stromstärke ist, desto mehr Arbeit wird im Stromkreis ausgeführt oder verbraucht. Auch die Zeit, in der ein elektrischer Strom auftritt, beeinflusst die Arbeitsgröße.
Wenn beispielsweise die Stromstärke in einem Stromkreis 2 Ampere beträgt, die Spannung 10 Volt beträgt und die Zeit 5 Sekunden beträgt, ist der Gleichstrombetrieb gleich:
P = 10 V * 2 A * 5 c = 100 J oder 100 W * s.
Formel zur Berechnung des Gleichstrombetriebs
Die folgende Formel wird verwendet, um den Betrieb (W) des Gleichstroms an einem Schaltkreisabschnitt zu berechnen:
- W - Arbeit, gemessen in Joule (J)
- V ist die Spannung, die in Volt (V) gemessen wird
- Q - die in Anhängern gemessene Ladung (Cl)
Die Formel ermöglicht es Ihnen, die Arbeit zu bestimmen, die ein elektrisches Energiesystem an einem Stromkreisabschnitt während des Ladungsdurchgangs durchgeführt hat. Die Arbeit kann positiv oder negativ sein, abhängig von der Bewegungsrichtung der elektrischen Ladung.
Wenn zum Beispiel die Spannung V = 10 V und die Ladung Q = 2 Cl beträgt, ist der Betrieb von W gleich:
W = 10 V * 2 Cl = 20 J
So wurde eine Arbeit von 20 Joule auf dem Abschnitt der Kette durchgeführt.
Um einen Gleichstrombetrieb an einem Stromkreisabschnitt zu finden, müssen Sie den Wert der Stromstärke und der Spannung an diesem Stromkreis kennen. Der Betrieb des Gleichstroms an einem Stromkreisabschnitt wird durch die Formel bestimmt:
W = U * I * t
- W - Gleichstrombetrieb an einem Schaltkreisabschnitt, ausgedrückt in Joule (J);
- U - die Spannung am Schaltkreis, ausgedrückt in Volt (V);
- I - stromstärke an einem Stromkreisabschnitt, ausgedrückt in Ampere (A);
- t - die Zeit, in der die Arbeit stattfindet, ausgedrückt in Sekunden (s).
Um also die Gleichstromfunktion an einem Stromkreisabschnitt zu finden, muss der Spannungswert (U) mit dem Stromwert (I) und der Zeit (t) multipliziert werden, während der der Betrieb stattfindet.
Wenn beispielsweise eine Spannung von 5 V an einem Stromkreisabschnitt angelegt wird, die Stromstärke 2 A beträgt und die Betriebszeit 10 Sekunden beträgt, ist der Gleichstrombetrieb an diesem Stromkreisabschnitt gleich:
W = 5 V * 2 A * 10 C = 100 J
Somit wird der Gleichstrombetrieb am Schaltkreisabschnitt 100 J. betragen.
Beispiele für DC-Betriebsberechnungen
Betrachten wir zur Verdeutlichung einige Beispiele, in denen wir den Betrieb des Gleichstroms an einem Stromkreisabschnitt berechnen können.
Beispiel 1: Betrachten Sie eine einfache Schaltung, die aus einer Batterie und einem Widerstand besteht. Lassen Sie die Batteriespannung 12 Volt betragen und der Widerstand des Widerstands beträgt 4 Ohm. Um die Arbeit des Gleichstroms an diesem Teil des Stromkreises zu berechnen, müssen Sie die Formel verwenden:
Arbeit = Spannung * Strom * Zeit
Wir werden zuerst den Strom in der Schaltung finden, indem wir das ohmsche Gesetz verwenden:
strom = spannung / widerstand
strom = 12 / 4 = 3 A
Jetzt können wir einen DC-Job finden:
Arbeit = 12 * 3 * zeit
Zum Beispiel, wenn die Zeit 5 Sekunden beträgt, dann:
Arbeit = 12 * 3 * 5 = 180 J
Beispiel 2: Betrachten Sie eine Schaltung, die aus einer Gleichstromquelle, einem Widerstand und einem Kondensator besteht. Lassen Sie die Spannung an der Quelle 9 Volt betragen, der Widerstand des Widerstands beträgt 6 Ohm und die Kapazität des Kondensators beträgt 2 F. Um die Arbeit an diesem Teil der Kette zu berechnen, müssen Sie die Formel verwenden:
Arbeit = Spannung * Ladung
Die Ladung am Kondensator kann mit der Formel gefunden werden:
ladung = kapazität * spannung
ladung = 2 * 9 = 18 CL
Jetzt können wir einen DC-Job finden:
Arbeit = 9 * 18 = 162 J
Auf diese Weise können wir die Arbeit des Gleichstroms an verschiedenen Teilen der Schaltung berechnen, indem wir die Werte von Spannung, Strom und Zeit oder die Werte von Spannung und Ladung kennen.
Beispiel 1: Berechnung der Arbeit in einer einfachen Schaltung
Betrachten Sie ein einfaches Beispiel für eine Schaltung, die aus einer Gleichstromquelle (Batterie) und einem einzigen Widerstand besteht. Lassen Sie die Spannung der Quelle U und den Widerstand des Widerstands R betragen. Um die Arbeit zu berechnen, müssen Sie die Größe des Stroms kennen, der durch den Widerstand fließt.
Nach dem ohmschen Gesetz ist der Strom gleich dem Verhältnis der Spannung zum Widerstand: I = U/R. Wenn wir den Stromwert kennen, können wir die vom Widerstand verbrauchte Leistung anhand der Formel P = I^2 * R berechnen.
Der von der Gleichstromquelle durchgeführte Betrieb W entspricht dem Leistungsprodukt für die Zeit, in der der Strom fließt: W = P * t.
Lassen Sie uns zum Beispiel eine Batterie mit einer Spannung von 12 V und einen Widerstandswiderstand von 4 Ohm haben. Wenn 5 Sekunden lang ein Strom von 3 A durch den Widerstand fließt, beträgt die Leistung 3 ^ 2 * 4 = 36 Watt. Der Betrieb der Stromquelle wird 36 * 5 = 180 Joule (Joule) betragen.
Beispiel 2: Berechnung der Arbeit mit einem Widerstand
Betrachten wir eine Situation, in der ein Widerstand in einem Gleichstromkreis vorhanden ist. Nehmen wir an, wir haben einen Gleichstromkreis I, in dem ein Widerstand mit einem Widerstand R vorhanden ist.
Sie können die Formel verwenden, um die Arbeit an einem Stromkreisabschnitt mit einem Widerstand zu berechnen:
W = I 2 * R * t
- W - gleichstrombetrieb an einem Stromkreisabschnitt mit einem Widerstand
- I - stromstärke, die durch den Stromkreis fließt
- R - widerstand widerstand
- t - die Zeit, in der der Strom fließt
Angenommen, die Stromstärke in der Schaltung beträgt 2 A, der Widerstand des Widerstands beträgt 5 Ohm und die Stromlaufzeit beträgt 10 Sekunden. Wir berechnen die Arbeit:
W = (2 A) 2 * 5 Ohm * 10 s = 40 J
Somit beträgt die Arbeit an einem Stromkreisabschnitt mit einem Widerstand 40 J.
Beispiel 3: Berechnung der Arbeit in einer komplexen Schaltung
Um dieses Problem zu lösen, müssen wir den Wert der Stromstärke sowie den Widerstand jedes Widerstands kennen. Sei in diesem Fall der Wert der Stromstärke 2 A und der Widerstand jedes Widerstands 4 Ohm.
Zuerst müssen wir den äquivalenten Widerstand der gesamten Schaltung finden. Dazu verwenden wir eine Formel, um den äquivalenten Widerstand in der seriellen Verbindung von Widerständen zu berechnen:
Req = 4 Ohm + 4 Ohm + 4 Ohm = 12 Ohm
Wenn wir jetzt die Stromstärke und den äquivalenten Widerstand kennen, können wir die von dieser Schaltung geleistete Arbeit berechnen.
Formel zur Berechnung des Betriebs in einem elektrischen Stromkreis:
wobei W Arbeit ist, U Spannung ist, I Stromstärke ist.
W = 12 V * 2 A = 24 J
In diesem Beispiel ist die Arbeit, die von der Kette ausgeführt wird, also 24 J.
