×

×

ECU / Physics / PHYS 1260 / What is direct current?

# What is direct current? Description

##### Description: concepts and examples
2 Pages 54 Views 3 Unlocks
Reviews

Lane Schuster (Rating: )

I'm pretty sure these materials are like the Rosetta Stone of note taking. Thanks Briana!!!

vanfossonm13 (Rating: )

. Other: Your study guide is just a copy/paste of the textbook. It would be ok if it weren't for the overlapping boxes which completely cut out information. Very poorly organized and almost useless

Chapter 20

## What is direct current? Direct Current: The current which flows through a battery in one direction.

DC circuits: consists of circuit elements including resistors and batteries or even other sources of a constant emf which is connected in closed loops

Branch Points: where three or more conductors join at points; so points C and D would be branch points.  ## ­what measures potential difference? Don't forget about the age old question of What is the difference between working memory and declarative memory?

Open circuit: This would be an incomplete loop also known as a path that is not closed. Steady­state current: zero

Short circuit: the ideal conducting path connecting across circuit element or element combination. Current is zero. These shorts can possibly cause a very

dangerous  large increase through the circuit in the current.

(b) A two-loop circuit (a) A one-loop circuit

Kirchhoff’s first rule: sum of currents going in any  branch point would be zero: Charge conservation

Kirchhoff’s second rule: sum of voltage drops near  any closed path would be zero Energy Conservation

## What is kirchhoff’s first rule? We also discuss several other topics like What are the four crusades states?

The red wire make a short

circuit between a and b.

Series Resistors: they

connecting end to end, no

branch points are in

between, that way the

current is the same in each.  The sum of the resistance is  the equivalent resistance of  resistors. Equivalent Resistance the single resistor that carries the same  current as the network as for the potential difference across it is the  equivalent as that across the network. We also discuss several other topics like What is f-test?  Don't forget about the age old question of Where does heritable variation come from?

Parallel Resistors: connecting so potential difference will be the  same across them all. Find the sum of the inverses of the resistances  to find the inverse of the equivalent resistance for parallel resistors.

Ex.1 Find current I.

∑ I=0

I1+I2+I3=0

I3= ­ I3­ I2 = ­5A­10 A=­15 A Ex.2 Verify the sum of the voltage drop is zero or a counterclockwise loop

beginning at the point a.

a.

b.

Ex. 5 Equivalent Resistance of a Network. If you want to learn more check out Define indifference curve.

Find equivalent resistance of network

Find current through 4.0   resistor when  Ω Vab = 30 a  If you want to learn more check out What are the four types of family?

Multiloop circuits more than one loop. Apply

Ex. 7 Currents and Voltages in a Multiloop

CQ. 20­8

Circuit

a.The circuit that will the measure the current in the resistor of ammeter A?

a.Find currents

b. The effect the ammeter should have on the other circuit?

b.Find voltage of the 15 V battery, Vba

1.0 Resistor is the battery internal resistance. Ω

resistance of 10mA.

Ex. 8 Finding an Unknown Resistance by current

Kirchhoff’s rules in order to calculate currents andpotential differences in circuits.

Ammeter: measure electric current

Connected in series with adjacent circuits  elements.

Ammeter should have zero resistance so current  through circuit that doesn’t have the ammeter  unchanged. Often smaller than 1Ω

and voltage measurements.

Ammeter has a resistance of 1  and reads current in  Ω

milliamperes also known as 10­3A>mA. Voltmeter has

6  .show meters being use to measure  Ω

current through R, while voltage dropping across R,

and the value R. Voltmeter is 11 V & ammeter is 50

Voltmeter­ measure potential difference. Connected in parallel with adjacent circuit  elements.

Should have an infinite resistance so the  equivalent resistance between points of

connection will be unchanged by the

voltmeter. Resistance most times greater than  1 MΩ

Ex.9 Charging a Capacitor in an RC Circuit

R=50Ω

C=100 μF

Ε=10 V

Find current when switch Is 1st closed, and the final  charge is stored on the capacitor, the circuits time  constant

.

Discharging a Capacitor

If at the beginning the capacitor is charged, we  can discharge a charged capacitor by having it  connected to a resistor directly across its plates.

e Exponential decay

Electric shock­ physiological reaction or injury that is  caused by electric current that passes through the human body.

Body is sensitive to external imposed electric voltages  and currents. Effects on body would depend on what the current’s magnitude, direction and the path is.

Begin to be dangerous in body by about 1mA.

Electric Shock and Electricity safety

I=V/R

The body’s electric resistance usually of the range of  103to 104Ω, depends on whether the skin is wet or dry. But perhaps a fatal current of 10mA can sometimes end  up form  a potential difference as small as 10 V.

a)1.

b) ammeter in the second

diagram is short passing the  resistor

CQ.20­9

a)which circuit will V measure the potential difference between  points a and b?

b)what is the effect of the voltmeter in the other circuit?

a)diagram 2

b)V in 1st diagram

lowers the current

Ohmmeter­measure resistance

Resistance can be indirectly measured through  measurements of voltage and current just as it  could very well be directly measure through the  ohmmeter

Multimeter can be an ammeter, voltmeter,  ohmmeter, or even capacitance meter just depends

P.20­37

1.00*103 μF capacitor has an initial charge of .100 C. When the  resistor is connecting cross the capacitor plates, there would be an  initial current going through the resistor of 1.00 A. So what would the  current 1.00 s later?

Q0=.1 C

C=1.0 ×103μF=103×10­6F= 10­3F

I0=1.0 A      I (t=15) =?

V0=Q0/C=.1 C/10­3­100 V      I0=V0/R

>K=V0/I0=100V/1.0 A=100Ω

T=RC=(100 )(10 Ω ­3)=.15

I(t)=I0e­t/T=1.0Ae­1.05/15=4.5×10­5A

on dial setting.

RC circuit­ have a battery E, resistor R, capacitor

Ground­ connecting a point to earth b  using a conductor of negligible

Average electrical

power where 1200

kWh of ee used in

a 30­day period?

ΔE=1200 kWh

Δt=30d=30d*24h=

720

Power

p=ΔE/Δt=1200

kWh/720 k

P=1.67kw

=1.67×103 W

C, and switch.

Switch closed

@ t=0

resistance> potential of 0 V. grounding in  an electric circuit stand for by the symbol

The Earth­ good conductor, carries a net  negative charge on its surface of about

If originally the capacitor, C is uncharged &  switch is open, to close the switch would produce  a current time t:

Charging a Capacitor

the initial current

the time constant

21-53 53

10­9 C/m2.

Power Lines­ conducting wires  maintained at some potential relative to  ground

Chapter 21 Magnetism

Magnet exerts force on an object with touching not involved. Magnetic Field­phenomen,magnetic field lines

Generate magnetic fields by permanent magnets and electric  currents.

Magnetic field affect objects by magnetic force on moving  charges, magnetic force and torque on electric currents, and  motion of a charge in magnetic field.

Bar Magnets are attracted to metal objects.

Poles­at the ends where objects are most strongly attracted  (north and south)

Like repel; unlike attract

Magnetic poles not able to be isolated

Hans Oersted discovered that when a compass place close to a  wire that carries an electric current, the compass needle will

Ex.1 find instantaneous

acceleration of an

electron moving at

1.0*10^7 m/s  in the xy

plne, at angle 30 degrees  with y­axis. A uniform

magnetic field of

magnitude 10 T is in the  positive y direction.

Ex. 5 torque

turn.

Ex. 3

Magnetic Fields, Source­moving charge; effect is to exert a  force on other moving charge placed in the field.

Moving charge­might be isolated point charge/ electron  morning through current­carrying wire or last spinning electron the magnet

Magnetic field lines­ the magnetic field stands for the symbol  B and characterized graphically by field lines.

Field has a nearly uniform magnitude of 0.50 T over cylindrical region of diameter of 6.0 cm & bout zero elsewhere. Fund mag force on wire, carrying a  current of 40 A. Wire is perp to field and passes  through the center of the cylindrical region.

Chapter 22

Electrostatics: stationary charge

distribution produces electric fields

Magnetostatics: constant currents produce  magnetic fields.

Electromagnetics: time­varying charge  distributions and currents produce time varying electric and magnetic fields.

Electromagnetic induction: production of  an electromotive force across a conductor  exposed to time varying magnetic fields.  Electric field is created in around space and  thus an emf and a current is induced in a  conducting loop when the magnetic field  changes

22­2 Inductance

When a circuit carries a time varying current, this creates a time varying magnetic field in the space around the circuit which  induces an emf. A self induced emf always opises a change in  current due to Lenz’s law says any induced emf opposes the  change in magnetic flux that would produce it.

Self­induced emf­ a time­varying current in a coil produces a  self­induced emf, opposing the emf in the coil E=­L(ΔI/Δt) j

Self­inductance­ constant L; depend on size and shape alone.  Φ=LI SI unit is 1H=1V­s/A

Inductor­ a coil designed to have large self­inductance in circuit in which it is inserted

Ideal inductor­ no resistance & represented in circuits by the  symbol ___________   L=μ0N2A/l       [H]

Voltage drop across an inductor­ a time­varying current causes a voltage drop Vab=L(Δl/Δt)

Ex. 4 find self­inductance of solenoid of length 10cm, w/ 1000  turns & cross­ sectional area of 2.0 cm2

L=μ0N2A/l       = (4pi×10­7 T­m?A)(1000)2(2.0×10­4m2)/.10 m

Induction Experiments­ changing

magnetic field can produce a current,

primary coil is connected to a battery

secondary connected to an ammeter.

Magnetic flux

Emf­actually induced by a change in the  magnetic flux rather than simply by a

change in the magnetic field.

Φ θ =BAcos  B = the strength of uniform  magnetic field units T*m^2=Wb

Perp  =0 Parallel  =90  θ θ

Faraday’s law of Induction­ emf induced  around any loop equals the negative rate of  change of outward magnetic flux through  the surface bounded by the loop.   =­ Ε ϕΔ /Δt

CQ.22­10 Find the sign of the voltge drop Vab across the  inductor just after the switch is opened. And estimate current  through resistor 10^­2 s after the switch is opened.

P.22­21 A solenoid with 200 turns and cross­sectional area of  1.0 cm2 is 3.00 cm long. So how much current should the  solenoid carry so that the flux produced by its own magnetic  field is equivalent to the flux produced by earth’s magnetic field  of magnitude of .500 G, directed along the solenoid’s axis.

Lenz’ Law –the induced current produces a  magnetic field that opposes the change in  magnetic flux that produced it  Direction of  induced current resulting from the e,f is  found from this law. The (­) in Faraday’s  law is included to indicte the polarity of the  induced emf.

Ex. 1 The ring has a radius of 4.00 cm and a  resistance of 1.00*10­3  . The magnetic  Ω

Magnetic field exerts a force on a

moving

F=|q|vBsinθ

θ angle between vectors v and B

F perpendicular to the plane of v and B,  in the direction of extended right thumb  when fingers of right hand rotate from v  to B.

Max value –perpendicular   =90 degrees θ Force is zero when v is parallel to B   =0 θ

Ex 5 Coils of wire wrapped around rotor in several  planes. Commutator & brushes allow current to  pass through any coil only when coil is in position  to achieve max mag torque>xurrent pass through  coil only when plane of coil is about parallel to B or when mag moment vector is about perp to B. Each  coil > 100 turns of wire, area of 2.00*10^­2 m^2.  Current > 2.00 A, magnitude is .500 T. Find the  magnetic torque assume m and B are perp to each

Right Hand Rule

Direction of instantaneous force act on a (+)

other.

21­4 Biot­Savart Law­ magnetic field  produced by a small wire segment of

charge is found by this rule Place right hand on thev so fingertips point in direction of v and fingers can rotate from v to B. When hand is in that positi on, extended right thumb points in force direction

length change in l carrying current I n

on right hand from the direction of the current to the direction of the vector

direction determined if you rotate fingers

locating the field point, with magnitude.

Magnetic Fields

Define in terms of the magnetic force exerted on a test charge  moving in the field with

velocity v

B= F/ |q| v sin         units: [T] θ SI unit Telsa (T)

1T=1 N/(C­m/s)= 1 N/A­m Cgs unit is a Gauss (G)

1 G=10­4T earth’s magnetic  field = .5G=5*10­5T

Ex. 6 a beam of electrons move at

RL Circuits – RL circuit containing a resistor R and an ideal

1.00*10^7 m/s describing a circular path in a uniform magnetic field of magnitude 1.00 10^­3 T. Find direction of motion, period, radius.

21­2 Magnetic forces on  current carrying

conductors.

Wire of length l  a current I  in a uniform, external

magnetic field B

experiences a magnetic

force F of magnetic

F=IlBsinθ

Right hand rule determine  direction of F.

CQ.21­13A long, straight wire carries a positive current I into the page and find direction of the magnetic field at each point.

clockwise

B=μ0Ia2/2r

F/l=μ0I1I2

Solenoids

Ex.8 Find magnetic field at the center of circular loop of radius 2.00 cm, carrying a current of 10.0 A

3   r=a  B=(4pi*10^­7 T­m/A))(10.0A)/2(2.00*10^­2 m)

Magnetic force between parallel wires/(2pi*r)

Parallel wires carry current in same direction ­ a coil of wire wound around a cylindrical

attracting each other. Wires that carry opposing form, in shape of a helix. Produces a strong magnetic

currents would repel each other. field in alimited region of space. Outside­ B=0 B=μ

Ex.10 two long, straight, parallel wires 1.00 cm apart

0nl

Particle Moving in an External  Magnetic Field If the particle’s  velocity not perp  to field, path is  spiral>>helix Trajectory of a  moving charge  in anonuniform magnetic field High B>small r

|ΔB|

=μ0/4pi(IΔlsin /r B=∑(ΔB)

Magnitude> B=μ0/2pi(l/r)

Ex.9

τ

μ0

circuit due to the electrical inertia of the inductor. I=E/R(1­e­1/τ)   long straight wire directed perp to page and  carries a current of 100 A into page. Find mag field

Find Rate of change of current in circuit, t=0 L=2.00mH and  at field point 4.00 cm to right of wire. B=  /2pi(l/r))= ((4pi*10^­7 T­m/A)/2pi)(100A/.04 m)

Δl/Δt=E/L=6.00V/(2.00*10^­3H)=3.00*10^3 A/s

clockwise

Circular current loop­mag field produced by a  circular current loop at a point on the axis of the  loop is given by: B=μ0/2(Ia2/r3) or B=μ0/2pi(m/r3) Ex.8 Find magnetic field at the center of circular  loop of radius 2.00 cm, carrying a current of 10.0 A

B=μ0Ia2/2r

3   r=a  B=(4pi*10^­7 T­m/A)) (10.0A)/2(2.00*10^­2 m)

Solenoids

inside

21­5 Electron Spin

θ2)

field is increasing at a constant rte from .200 T to 400 Tin a time interval of 1.00*!0­2s.  Find the current in ring.

Motional emf­emf induced by the motion of  a conductor through a magnetic field. |E|=Blv Ex. 2left side of the U­shaped conductor has  resistance of .10 ohms and that there is

negligible resistance in each of the other three sides of the loop which includes the rod, that  has a length of 10 cm nd moves at a constant  speed of 4.0 m/s through a magnetic field of

Ex. 5. A very large coil self­inductance  of 2.0 H and resistance of 10 ohms. 12  V battery t=0, Find the steady state  current and find the current through the

coil at t=.50 s.

Magnetic Energy

Um=(1/2)LI2      [J]­

Magnetic energy density

magnetic energy per unit volume  inside the inductor may be shown  in therms of the field strength as  um=(1/2)(B2/μ0)  [J/m3]

Ex. 6 Find magnetic energy density inside a

superconducting coil that  produces a magnetic field  of 10.0T. um=(1/2)

(B2/μ0)=(1/2)

((10.0T)2/4pi*10^­7T

m/A)=3.98*10^7 J/m^3

Torque on a Current Loop in an External Field

A current loop in a uniform, external  magnetic field experiences zero net force,  but loop experiences a torque tending to  align its magnetic moment which is m with

each that carry a current of 1.00 A going in same

­electron has a mag moment due to

direction. Find the magnitude f the force on a 1.00 m  a spin. But since the electron is charged, its spin

length of either wire…F=μ0/2pi(I1I2l/r)

produces a current and me (mag moment, produces a  magnetic field at position r. B=μ0/2pi(m/r3)

Magnetization of permanent magnet is the magnet’s  magnetic moment per unit volume M=m/v=N/V(me)

magnitude .50 T. Calculate the current  induced in the loop.

R=.1 ohm L=10cm=.1m B=.5 T V=4.0 m/s  |E|=Blv=(.50T)(.10m) (4.0m/s)=.20 V

I=.20V/.10ohm=2.0 A

direction of the B field.

m=NIA

Torque and Net torque

Τ θ =Frsin     [N­m]

T=+Fd for counterclockwise

T=­Fd for clockwise

21­3 Motion of Point Charge in a Magnetic  2 or more forces act on an object, net torque

Field

act on the object given by

Uniform Magnetic field:

∑τ τ= 1+τ2+….

When a particle of charge q and mass m is  = F1d1­F2d2

calculated into a uniform magnetic field B  Loop experience a torque tending to align its

with a velocity vector v perpendicular to the magnetic moment m with direction of B

field, F=|q|vBsin 90°=|q|vB

field  =mB sin       angle between m and  τ α αa=F/m=|q|vB/m=v2/r     centripetal

acceleration

the charge will move along a circular path  of radius r and period T

r=mv/|q|B    T=2pim/|q|B

me=9.27*10­24A­m2

Ex. 13 The max magnetization of iron is 1.7*106A/m.  Calculate the number of aligned electron magnetic  moments per unit volume of the iron.

N/V=M/me

Magnets and Solenoids

Electric Genertors  Rotating a coil of wire in  an external magnetic field at an angular  velocity w results in an induced emf E and a  terminal potential difference Vab

Vab=E=E0sinwt  w=2pif=2pi/T

22­3 Resistor and an AC source

i=V/R=Isinwt the current and voltage are in  phase

Power loss in a resistor Pav=I2rmsR

Vrms=V/sqrt(2)

I

Capacitor and an AC source i=Δq/Δt=Icos wt    I=wCV i=I sin (wt­ )        ϕ

ϕ=90degrees

capacitor’s reactance:

Magnetic field of cylindrical permanent magnet w? a  uniform M along its axis is the same as that of a tightly wound solenoid with same dimensions as the magnet if

Ex.3 An electric generator operating at 60.0 Hz has a coil consisting of 100 turns enclosing an area of  5.00 m2 in a magnetic field of .100 T. (a) Calculate

rms=I/sqrt(2)

Xc=1/wC

ohm’s law: I=V/Xc

the product of the solenoid’s turns per unit length n

and current equals M.

M=nI

Electromagnet­an iron core is often placed inside a

solenoid to enhance its magnetic field. Total magnetic

field –sum up the fields produced by soleoid current by

iron;core produces a strong resultant field.

21­53 metal rod of length 20.0 cm and mass 100 g is

free to slide over two parallel, horizontal metallic rails

connected to a 10.0 V batter. Internal resitance of .100

and rod and rails have neglible resistance. A 2.00 T

the maximum value of the emf generated.and find

A vertical magnetic field of 2.00×10­2T, a ring of  max instantaneous power supplied by the generator

radius 1.00 cm is flipped in the air as one would  when the current is 50.0 A.

flip a coin, so that it begins rotating about a  E0=NBAw=(100)(.100T)(5.00m2)(2pi×60.0Hz)

horizontal axis at a rate of 50.0 rev/s. find max  =18800V

instantaneous emf induced in the ring and max  P=IE0=(50.0A)(18800V)=940000

current if the  ring has  W=940kW=.940MW

Inductor and an AC Source V=Vsinwt

i=­Icoswt

i=Issin(wt­ ) ϕ

inductive reactance: XL=wLohms

of a 60.H

Find rms current that resuts from  connecting a 2.00muF capacitor directly  across a 120 Vrms source at a frequency

Find reactance of 2.00mH inductor at a  frequency 60.0 Hz

Page Expired It looks like your free minutes have expired! Lucky for you we have all the content you need, just sign up here