Problema Circuito (Batteria, Potenza, Resistori ecc.)

Isonz
Ciao a tutti e grazie per il servizio che offrite!
Mi sto preparando alla sessione novembrina deli esami universitari e devo sostenere la parte 2 di Fisica quella sull'elettrodinamica, e sul magnetismo. Solo che ho alcuni problemi che non riesco a chiarirmi, e anche quei problemi che risolvo, non essendoci la soluzione sul libro, ho dei dubbi sul fatto che siano giusti. Comunque vengo al dunque. Sto cercando di risolvere un problema che recita così:

Per il circuito in figura calcolare:
a) La potenza erogata dalla batteria;
b) La d.d.p. ai capi del resistore da 12.0 Ohm, e la potenza dissipata dal resistore da 3.0 Ohm


Il circuito è questo:


Scusate se è fatto un pò male ma va bè :S L'importante è che si capisca, sono tutte resistenze.

Allora per il quesito a).
Io so che l'equazione generale della Potenza Elettrica è P = IV.
E conosco la differenza di potenziale V della batteria che è 12V.
Ho ipotizzato che per calcolare I, ossia la Corrente Elettrica, che passa attraverso la batteria così da poterne calcolare la potenza, sapendo che I = V/R, devo calcolare la Resistenza Equivalente del circuito (quindi fare tutte le semplificazioni serie/parallelo) e a quel punto trovo I. E' corretto?! Ve lo chiedo perchè purtroppo di questi problemi NON ho la soluzione. Quindi sia che faccio giusto, sia che sbaglio non posso verificare, e quindi non posso correggermi.

Allora per il quesito b).
Innanzitutto sapendo che V = IR, in teoria credo che dovrei trovare l'I che passa effettivamente attraverso la resistenza richiesta cioè quella da 12.0 Ohm. Una volta trovata questa quantità di corrente è semplice basta usare la formula. Giusto?
Però mi sto chiedendo come posso trovare la corrente che effettivamente passa da quella resitenza. Perchè la corrente si dirama attraverso ben 2 divisioni in parallelo...credo di aver capito come fare ma non son sicuro! In pratica credo di dover risolvere prima il blocco da 6.0 e 12 ohm, poi la serie tra il blocco ottenuto e quello da 4 ohm e a questo punto calcolare con V = IR la differenza di potenziale! E' corretto o sto facendo una grande confusione? Grazie!

Risposte
Summerwind78
Ciao

il ragionamento del punto A è corretto

per il punto B devi solo calcolare il partitore di corrente tra i rami formati dalla serie (3 + 5 ohm) e il la serie (6//12 + 4 ohm). e poi fai il partitore di corrente tra 6 e 12 ohm. in questo modo trovi la corrente.

Inoltre facendo gli stessi ragionamenti con i partitori (di tensione questa volta) trovi la caduta di tensione sul resistore con resistenza 12 ohm e moltiplichi i risultati trovati ottenendo la potenza.

Una sola piccola nota. Si commette spesso questo errore.
Quelli che tu hai disegnato nel circuito non sono "resistenze" ma "resistori". La resistenza non è un oggetto "fisico" ma una caratteristica del resistore. Così come lo è l'induttanza per un induttore e la capacità per un condensatore.

Ma è solo per puntualizzare :D

Akuma1
per il punto a) va bene. per il secondo punto b) se la corrente segue il verso indicato quando arriva al primo nodo "vede" un parallelo tra la serie 3-5 e la serie tra il parallelo 6-12 e 4, quindi la corrente che attraversa 3 è quella che dal primo nodo si dirama verso il lato inferiore, fatto questo non dovresti aver problemi a trovare la corrente che passa per 12... se non riesci chiedi ;-)

Akuma1
ops... scusate per la doppia risposta...

Isonz
Innanzitutto grazie per le risposte :)
Allora il punto A ok è chiaro perfetto, l'ho fatto senza troppi problemi!
Il punto B, la teoria io l'ho capita ma nella pratica non ho capito esattamente come fare ._.!
Allora un attimo ragioniamo. La resistenza equivalente l'ho calcolata ed è di 4 Ohm.
Quindi la corrente che passa nel circuito totale dovrebbe essere

I = V/R = 12V/4 ohm = 3 Ampere

A questo punto io immagino la corrente che scorre e arriva al primo bivio...non so come fare coi calcoli!

P.s. hai ragione su resistori diverso da resistenze :)
Sono io che uso una terminologia errata :D

Summerwind78
OK nessun problema

vediamo i passaggi insieme:

non ho controllato i tuoi calcoli, ma supponiamo siano corretti.


la corrente che scorre nell'intero circuito è $I = 3 A$

questa corrente arriva al primo "bivio" e quindi si divide in due parti.

nella parte superiore del bivio abbiamo due resistori in parallelo (6 e 12 Ohm) che hanno una resistenza equivalente di $4 Omega$. Che sommati al resistore che è posto in serie con questi ci da una resistore da $8 Omega$.

anche nel ramo inferiore abbiamo un resistore pari a $8 Omega$ ovvero 3 + 5.

pertanto usando il calcolo del partitore di corrente, vediamo che si divide in parti uguale nei due rami.
Questo ci dice che nel ramo superiore scorre una corrente di $1.5 A$

questa seconda corrente giunge al secondo "bivio" dove si divide tra 6 e 12 Ohm.
La corrente è un "essere" pigro, la maggior parte scorre dove la resistenza è inferiore.

Usando di nuovo il calcolo del partitore di corrente vediamo che due terzi della corrente scorre nel resistore da 6 Ohm e un terzo nel resistore da 12 Ohm

quindi [tex]I_{12\Omega} = 1.5 \cdot \frac{6}{12 + 6} = 1.5 \cdot \frac{1}{3} = 0.5 A[/tex]

quindi sappiamo che $0.5 A$ scorrono in un resistore da 12 ohm, quindi usando la formula della potenza con solo resistenze e corrente abbiamo che

[tex]P_{12 \Omega} = R \cdot I^{2} = 12 \cdot 0.5^2 = 12 \cdot 0.25 = 3 W[/tex]

Summerwind78
OK nessun problema

vediamo i passaggi insieme:

non ho controllato i tuoi calcoli, ma supponiamo siano corretti.


la corrente che scorre nell'intero circuito è $I = 3 A$

questa corrente arriva al primo "bivio" e quindi si divide in due parti.

nella parte superiore del bivio abbiamo due resistori in parallelo (6 e 12 Ohm) che hanno una resistenza equivalente di $4 Omega$. Che sommati al resistore che è posto in serie con questi ci da una resistore da $8 Omega$.

anche nel ramo inferiore abbiamo un resistore pari a $8 Omega$ ovvero 3 + 5.

pertanto usando il calcolo del partitore di corrente, vediamo che si divide in parti uguale nei due rami.
Questo ci dice che nel ramo superiore scorre una corrente di $1.5 A$

questa seconda corrente giunge al secondo "bivio" dove si divide tra 6 e 12 Ohm.
La corrente è un "essere" pigro, la maggior parte scorre dove la resistenza è inferiore.

Usando di nuovo il calcolo del partitore di corrente vediamo che due terzi della corrente scorre nel resistore da 6 Ohm e un terzo nel resistore da 12 Ohm

quindi [tex]I_{12\Omega} = 1.5 \cdot \frac{6}{12 + 6} = 1.5 \cdot \frac{1}{3} = 0.5 A[/tex]

quindi sappiamo che $0.5 A$ scorrono in un resistore da 12 ohm, quindi usando la formula della potenza con solo resistenze e corrente abbiamo che

[tex]P_{12 \Omega} = R \cdot I^{2} = 12 \cdot 0.5^2 = 12 \cdot 0.25 = 3 W[/tex]

Summerwind78
non capisco perchè mi abbia inviato il messaggio due volte

Isonz
Ciao di nuovo :)
Summerwind non so come ringraziarti adesso mi è tutto chiaro :)
Pertanto, se ho ben compreso, il calcolo per la suddivisione della corrente si basa soltanto su divisioni o proporzioni! Non c'è alcuna formula esatto? E' una suddivisione "logica", corretto?!
Poi, ti volevo chiedere una cosa che non mi è chiarissima, in questo punto:

"Summerwind78":

Usando di nuovo il calcolo del partitore di corrente vediamo che due terzi della corrente scorre nel resistore da 6 Ohm e un terzo nel resistore da 12 Ohm

quindi [tex]I_{12\Omega} = 1.5 \cdot \frac{6}{12 + 6} = 1.5 \cdot \frac{1}{3} = 0.5 A[/tex]

quindi sappiamo che $0.5 A$ scorrono in un resistore da 12 ohm


Allora, in pratica, sapendo che la corrente scorre maggiormente dove il filo oppone meno resistenza,io devo ripartirla nel bivio. Al bivio ho appunto un resistore da 6 Ohm e uno da 12 Ohm, quindi ne scorrerà maggiormente dalla parte del 6 Ohm.
Mi puoi dire se il ragionamento che c'è dietro a questa cosa è questo: siccome 6/12+6 (in pratica sto normalizzando) = 1/3
e 12/12+6 = 2/3, allora la corrente scorrerà contrariamente 1/3 nel resistore da 12 Ohm (cioè 2/3 della resistenza) e 2/3 nel resistore da 6 Ohm (cioè 1/3 della resistenza). E' giusto? Non mi è chiaro inoltre perchè nel calcolo al numeratore c'è il 6! Quando io dovrei invece calcolare la corrente che passa per quello da 12! Scusa se ti sembro scemo xD come logica ci sono, è solo che voglio capire al 100% per evitare disastri in sede d'esame :D

Ultima cosa, in realtà andava calcolata poi la d.d.p del resistore da 12! Però quindi avendo la corrente I che passa nel resistore da 12, per la Legge di Ohm V = IR = (0,5A)*(12Ohm) = 6V esatto?!

L'ultimo calcolo che hai fatto invece è la potenza dissipata, e quello ok ora mi è chiaro :)
Grazie, grazie mille!

Summerwind78
Ciao

no ci sono proprio le formule per calcolare i partitori di corrente e di tensione.

Guarda qui

http://it.wikipedia.org/wiki/Partitore_di_tensione
http://it.wikipedia.org/wiki/Partitore_di_corrente

per quanto riguarda il calcolo della tensione sul resistore da 12 ohm, una volta che sai la corrente che scorre all'interno di quel resistore e ne conosci la resistenza, calcoli la caduta di potenziale con la seconda legge di ohm come hai fatto tu.

Isonz
Ho capito!!! Perfetto! Ti ringrazio :D! Ora mi è tutto chiaro :D
Solo due domande (scusa se sto abusando enormemente della tua sapienza ma mi stai dando un grosso aiuto! :oops: ):
Allora ho letto la pagina di wikipedia, riguardo al partitore di tensione in pratica se ho due resistori in serie R1 e R2, la differenza di potenziale ai capi di R2 è data da:
$ V ** (R2) / (R1 + R2) $
Corretto?! Mentre per R1, basta calcolare V perchè la corrente arriva direttamente dalla sorgente giusto?
E se fossero tre resistenze? Si farebbe
$ V ** (R3) / (R1 + R2 + R3) $
?!
Inoltre, questa regola vale per le serie...ma se trovo un bivio ossia una parallelo non mi interessa giusto? Perchè è la corrente che si separa nei paralleli, mentre la tensione resta uguale in caso di parallelo giusto? E viceversa per la corrente, che nelle serie resta identica? Corretto?
Per quanto riguarda la partizione di corrente ho capito perchè hai messo al numeratore il 6 Ohm...è la formula che lo impone, ora mi è chiaro!

Infine, se è possibile, e non infrango le regole del forum, (se è così apro un'altra discussione), volevo porre un ultimo quesito su un altro problema, simile par argomenti, ma diverso perchè riguarda i condensatori.
Il testo del problema è questo:

I condensatori C1 = 60 mF, C2 = 120 mF, C3 = C4 = 60 mF sono connessi ad una batteria di f.e.m. di 200 V. Calcolare:
a)La carica su C1 quando l'interruttore è chiuso sul contatto di sinistra, (come in figura).
b)L'energia immagazzinata in C2 dopo molto tempo che l'interruttore è stato spostato sul contatto di destra.


Il circuito è questo:


Allora, per quanto riguarda il punto a) è stato molto semplice perchè ho semplicemente utilizzato la formula Q = CV.
Di conseguenza Q = (60mF)*(200V) = (6*10^-5F)*(200V) = 1,2*10^-2 C = 0,012 C

Per quanto riguarda b) ho difficoltà a risolvere il quesito. Nel senso, sicuramente so che se il circuito viene chiuso sulla destra, allora non sarà la batteria ad alimentare i condensatori C2, C3 e C4 ma sarà il condensatore C1 che diventa una sorta di batteria, giusto?! Perchè inizialmente avevo calcolato l'energia immagazzinata semplicemente con la formula
U = 1/2 CV^2 ma dubito sia corretto perchè altrimenti non avrebbe senso che mi vengano dati anche i condensatori C3 e C4 :-)
Credo, in linea teorica, che l'energia immagazzinata da C1 vada ripartita tra C2, C3, e C4 :?

Summerwind78
per il punto a) é giusto

per il punto b) devi tenere conto che i condensatori $C3$ e $C4$ (o meglio il loro parallelo) sono posti in serie con $C2$ quindi si ripartisce la tensione

P.S.: ti suggerirei di guardare come si scrivono le formule altrimenti presto o tardi i moderatori te lo fanno notare

Isonz
Sei un genio.
Comunque lo so mi sono accorto, infatti non so se hai notato ho modificato la domanda in cima ti ho aggiunto una domanda all'inizio del post, e lì ho usato le formule nel formato corretto :)!
Adesso provo a risolvere il problema :P

Summerwind78
Grazie per il "Genio" ma é un po' eccessivo

ho solo studiato elettronica e ho sbattuto la testa su questi esercizi prima di te :D

Isonz
Ahah :D lo so ma ogni cosa che ti metto davanti la risolvi con una tale scioltezza...va bene che avendo tu sudiato elettronica per te ste cose saranno una barzelletta :D io studio informatica e la fisica onestamente mi piace, ma diciamo che non è il mio pane... :D

Puoi confermarmi quanto avevo scritto qui:

"Isonz":
Ho capito!!! Perfetto! Ti ringrazio :D! Ora mi è tutto chiaro :D
Solo due domande (scusa se sto abusando enormemente della tua sapienza ma mi stai dando un grosso aiuto! :oops: ):
Allora ho letto la pagina di wikipedia, riguardo al partitore di tensione in pratica se ho due resistori in serie R1 e R2, la differenza di potenziale ai capi di R2 è data da:
$ V ** (R2) / (R1 + R2) $
Corretto?! Mentre per R1, basta calcolare V perchè la corrente arriva direttamente dalla sorgente giusto?
E se fossero tre resistenze? Si farebbe
$ V ** (R3) / (R1 + R2 + R3) $
?!
Inoltre, questa regola vale per le serie...ma se trovo un bivio ossia una parallelo non mi interessa giusto? Perchè è la corrente che si separa nei paralleli, mentre la tensione resta uguale in caso di parallelo giusto? E viceversa per la corrente, che nelle serie resta identica? Corretto?


Grazieeee :D

Summerwind78
Scioltezza mica tanta :D Ci ho dovuto pensare prima di risponderti, non faccio queste cose dai tempi dell'universitá. Sono passato 10 anni!!!

allora...

quando calcoli un partitore di tensione ha solo senso farlo se le resistenze sono in serie perché se fossero in parallelo ai loro capi ci sarebbe la stessa tensione.

se calcoli un partitore di corrente ha senso solo se le resistenze sono in parallelo perché, se fossero in serie, la corrente le attraverserebbe entrambe senza dividersi in alcun modo

Isonz
Ahahah :D bè il mio esame lo passeresti senza problemi almeno....

Esatto perfetto tutto chiaro :D! Ora rifaccio il problema, me lo scrivo e se ho qualche dubbio chiedo...mi sa che tra oggi e domani comparirà qualche altro mio post xD forse sul magnetismo...che è ostico -.-!

Isonz
Ecco che già riscrivo! ._.
Sempre riguardo al punto b dell'esercizio sui condensatori :S!
Allora come hai detto C3 e C4 sono un parallelo e uniti il loro parallelo è in serie con C2 di cui noi dobbiamo calcolare l'energia accumulata dopo molto tempo che l'interruttore è spostato a destra!

Il condensatore equivalente è C eq = C3 + C4 = 60mF + 60 mF = 120 mF

Però il dubbio che mi sorge è questo. Se l'interruttore è sulla destra, uno dei due capi della batteria è scollegato, e quindi in teoria...non c'è tensione! O sbaglio ._.! Come ripartisco la tensione? Cioè da dove la prendo? E che ruolo ha C1 in tutto questo?!

...Grazie :oops:

Summerwind78
$C1$ diventa la nuova batteria

fino a quando $C1$ é stato collegato al generatore di tensione si é caricato portandosi ad avere ai suoi capi la stessa tensione del generatore.

Nell'istante in cui l'interruttore non tocca ne il generatore ne il resto del circuito, il condensatore $C1$ é carico e non collegato a nulla, quindi non ha modo di scaricarsi, mantenendo cosí ai suoi capi la tensione con cui era stato caricato. Quando l'interruttore "tocca" la seconda metá del circuito, la tensione su $C1$ si ripartisce anche sugli altri condensatori

Isonz
Aaaaah! ._. è chiaro! Quindi C1 ha sempre una tensione di 200V com'era la batteria..
Ma per partizionare la tensione tra condensatori si usa la stessa formula per i resistori?!

Pertanto

$ V ** (C2) / (C1 + C2) $

Giusto?! dove C1 è il parallelo risultante tra i due.
Se così fosse la tensione che arriva a C2 è 150V perchè 200V * 1/2 = 150V.
A questo punto posso facilmente calcolare l'energia immagazzinata con la formula

$ U = 1/2CV^2 $

right?!

Summerwind78
Ciao

l'uso dei partitori di tensione capacitivi é diverso rispetto a quelli resistivi

Se hai due condensatori $C1$ e $C2$ in serie e ai capi della serie applichi una tensione $V$, per trovare la tensione ai capi del condensatore $C1$ usi la formula

[tex]V_{C1} = V\cdot \frac{C2}{C1+C2}[/tex]


attenzione che ho calcolato la tensione su $C1$ e non su $C2$!!!

quindi l'opposto di quello che hai calcolato tu

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