Estrategias de resolución de problemas de expertos en problemas simples del circuito de CC

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Hay muchos documentos que estudian cómo piensan los estudiantes de la escuela secundaria y la universidad cuando resuelven problemas de circuitos de CC elementales. Sin embargo, no conozco ningún recurso donde se describa en detalle el razonamiento de los expertos al resolver tales problemas.

Sólo me interesan los problemas cualitativos (circuitos con baterías y bombillas).

Considere, por ejemplo, la siguiente pregunta sobre el circuito a continuación:

¿Cómo cambia el brillo de las bombillas \ $ \ mathrm {L} _1 \ dots \ mathrm {L} _3 \ $ cuando el interruptor está cerrado?

Mi primera pregunta es si hay algún recurso donde se documente en detalle el razonamiento cualitativo de los expertos para resolver problemas como este.

Mi segunda pregunta es, cómo usted, como experto, procederá en detalle para resolver el problema del ejemplo anterior.

    
pregunta Julia

2 respuestas

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Cualquier curso para principiantes en electrónica cubre problemas como este, solo que usan resistencias con valores de resistencia dados en lugar de bombillas no especificadas.

Suponga que la fuente de alimentación es de 12 V y cada una de las resistencias es de 2 \ $ \ Omega \ $. En el caso del interruptor abierto, L3 no cuenta y tenemos L1 y L2 en serie, eso es 4 \ $ \ Omega \ $ en total. Puede calcular la corriente: 12V / 4 \ $ \ Omega \ $ = 3A, y la potencia en cada resistencia: (3A) \ $ ^ 2 \ $ \ $ \ times \ $ 2 \ $ \ Omega \ $ = 18W.

Si cierra el interruptor, L2 y L3 están en paralelo, por lo que su resistencia combinada es 2 \ $ \ Omega \ $ / 2 = 1 \ $ \ Omega \ $. Esa es la serie con L1 es 3 \ $ \ Omega \ $ en total. Entonces la corriente es 12V / 3 \ $ \ Omega \ $ = 4A. Esa es la corriente a través de L1. L2 y L3 ven cada uno la mitad de eso: 2A. La potencia en L1 es ahora (4A) \ $ ^ 2 \ $ \ $ \ veces \ $ 2 \ $ \ Omega \ $ = 32W, y la potencia en L2 y L3 (2A) \ $ ^ 2 \ $ \ $ \ veces \ $ 2 \ $ \ Omega \ $ = 8W.

Entonces, cuando el interruptor está cerrado, L1 se iluminará con más brillo y L2 se atenuará.

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Parece que me he perdido la palabra "cualitativamente" en tu pregunta, así que te daré otra respuesta.

Si el interruptor está cerrado, la resistencia total disminuye debido a L3 que se vuelve paralela a L2. Así que eso significa más corriente y L1 se iluminará más brillante. Para L2 no es tan obvio: la corriente total ha aumentado, pero solo la mitad pasa por L2. Así que tendrás que ver si el aumento es más del doble del valor original. No lo es, porque eso solo sería cierto si L2 estuviera en corto. Así que L2 se iluminará más débil.

Nunca he visto un recurso donde se explica este razonamiento. El pensamiento lógico parece ser la clave, quizás un curso de lógica (sistemas formales) ayudaría. En un sistema formal, usted describe las reglas del juego, como "la resistencia de dos lámparas en paralelo es la mitad de la resistencia de una lámpara" y "el mismo voltaje sobre una resistencia más baja provoca una corriente más alta". De este conjunto de reglas, usted deduce reglas adicionales dependientes que lo acercan a una solución.

    
respondido por el stevenvh
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El análisis cualitativo es simple. L1 se vuelve más brillante cuando el interruptor está cerrado porque la carga en serie con L1 ahora es L2 // L3 en lugar de solo L2.

Ese fue mi segundo pensamiento cuando miré tu circuito. El primero fue ¿qué son esas X cosas? . El tercero fue ¿por qué esos # $$ & * # ^% no usan los símbolos correctos para que el circuito sea obvio a primera vista??

    
respondido por el Olin Lathrop

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