Ujemny wynik dla prądu w czwartej gałęzi węzła
Do węzła wpływają prądy 0,80 A i 0,30 A. Trzecią gałęzią wypływa 1,40 A. Czwarty prąd I oznaczono strzałką skierowaną od węzła. Stan jest ustalony. Oblicz I, opisz rzeczywisty zwrot i podaj ładunek przepływający czwartą gałęzią w 20 s.
Pokaż rozwiązanieUkryj rozwiązanie
W tym zadaniu
Wskazówka
W bilansie zachowaj narysowaną strzałkę. Znak wyniku dopiero powie, czy pasowała do rzeczywistego przepływu.
Rozwiązanie
Strzałka jest umową, a nie założoną odpowiedzią
Czwarty prąd oznaczono na zewnątrz węzła, więc występuje po stronie odpływów. W stanie ustalonym ładunek w węźle się nie zmienia. Suma wpływów musi być równa sumie odpływów, z zachowaniem znaków wynikających z wybranych strzałek.
Równanie bilansu
Znane wpływy dają 1,10 A, podczas gdy znany odpływ wynosi już 1,40 A. Jeszcze przed dokładnym rachunkiem widać, że czwarta gałąź musi dostarczać brakujący prąd do węzła. Równanie 0,80+0,30=1,40+I ujmuje to w sposób algebraiczny.
Po otrzymaniu ujemnego I podajemy osobno znak względem strzałki i rzeczywisty zwrot. Wartość przepływającego ładunku wynosi |I|t. Ładunek ze znakiem względem przyjętej strzałki byłby ujemny.
Wynik
Bilans daje 0{,}80+0{,}30=1{,}40+I, więc I=-0{,}30\ \mathrm{A}. Prąd w czwartej gałęzi faktycznie wpływa do węzła. W ciągu 20 s przepływa ładunek o wartości |Q|=0{,}30\cdot20=6{,}0\ \mathrm{C}.
Odpowiedź: I=−0,30 A względem strzałki; rzeczywisty prąd wpływa do węzła, a wartość przepływającego ładunku to 6,0 C. Kontrola: 0,80+0,30+0,30=1,40 A.
Kontrola przez kulomby
W ciągu 20 s dwiema znanymi gałęziami wpływa 16 C i 6 C, czyli 22 C. Wypływa 28 C. Brakujące 6 C musi dostarczyć czwarta gałąź. To ten sam bilans zapisany dla ładunków zamiast prądów. Gdyby czwarta gałąź nie istniała, wewnątrz rozpatrywanego obszaru ubywałoby 0,30 C w każdej sekundzie, co przeczyłoby założeniu stanu ustalonego. Ujemnego wyniku nie należy więc traktować jako błędu wymagającego zmiany równania.
Powiązana teoria
Przepływ ładunku i pierwsze prawo Kirchhoffa: prąd nie znika w węźle
Dalsza lektura
Najpierw spróbuj samodzielnie. Zapisz dane, wybierz prawa fizyczne i sprawdź jednostki. Przejdź do zadań ze sprawdzaniem odpowiedzi »
← Wróć do działu: Zadania Do góry ↑
Komentarze (0)
Nie ma jeszcze opublikowanych komentarzy. Rozpocznij rozmowę o tym materiale.
RSS komentarzy · Powiadomienia e-mail
Dodaj komentarz
Możesz komentować jako gość lub zalogować się, aby użyć danych konta. Utwórz konto