Name: ac to dc conversion with rectifiers
Uploaded: 2023-04-30T06:49:05.000Z
Duration: 11 min 15 s
Channel: JoVE

K12 Standards

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South Carolina College and Career Ready Science Standards

High School

Physics

motion-and-stability-forces-and-interactions

Motion and Stability: Forces and Interactions

P-PS2-6.

Single Phase Rectifiers

주의: 이 실험 중에 활력을 불어넣는 동안 회로의 일부를 만지지 마십시오. AC 소스는 기능 발생기가 소스일 때 도 1 과 2에 도시된 바와 같이 접지됩니다. VARIAC를 접지하지 마십시오.
1. AC 소스 설정
이 실험의 경우 두 개의 AC 소스가 사용됩니다. 60Hz의 저주파및 10V 피크 부비동 출력 및 1kHz 주파수를 갖춘 기능 발생기의 가변 변압기(VARIAC).
<ol><li>시작하기 전에 차동 프로브를 하나의 범위 채널에 연결하고 일반 프로브를 다른 채널에 연결합니다.</li>
	<li>20X(또는 1/20)의 차동 프로브와 10X의 일반 프로브: 프로브의 단추를 다음과 같이 조정합니다. 차동 프로브를 켜는 것을 잊지 마십시오.</li>
	<li>범위의 각 채널 메뉴에서 프로브를 10배로 설정합니다. 차동 프로브의 경우 측정 또는 결과를 2배 곱하여 원하는 20X에 도달합니다.</li>
	<li>함수 생성기를 설정하려면 50개의 Ω 출력이 BNC-앨리게이터 케이블에 연결되어 있는지 확인합니다.<ol>
<li>악어 클립을 일반 범위 프로브에 연결하여 함수 생성기 출력을 관찰합니다.</li>
		<li>출력을 10V 피크와 0 DC 오프셋으로 1kHz 주파수로 설정합니다.</li>
		<li>함수 생성기 출력을 관찰하고 원하는 출력 파형을 달성하기 위해 설정을 조정합니다.</li>
		<li>신호가 설정되면 BNC 커넥터를 분리하지만 기능 생성기를 켜서 설정을 유지합니다. 생성기 출력에서 범위 프로브를 분리합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>VARIAC를 설정하려면 VARIAC 출력(일반 리셉터클처럼 보이는)이 케이블에 연결되어 있지 않은지 확인합니다.<ol>
<li>VARIAC를 끄고 노브가 0으로 설정되어 있는지 확인합니다.</li>
		<li>VARIAC 노브를 5%의 출력으로 천천히 조정합니다. 이렇게 하면 약 10V 피크 전압이 생성됩니다.</li>
	</ol>
</li>
</ol>하프 웨이브 정류기
2. 고주파 입력을 가진 저항 하중
<ol><li>함수 생성기를 AC 소스로 사용하지만 지금은 회로에서 분리되지 않도록 합니다.</li>
	<li>프로토 보드에 그림.1에 표시된 회로를 구축합니다. 다이오드(D)는 2A01G-T정격50V 및 2A, 하중 저항기(R)는 51 Ω.<ol>
<li>다이오드 극성이 올바른지 확인합니다. 다이오드의 대시는 음극에 있습니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>차동 프로브를 회로에 연결하기 전에 프로브의 단단을 함께 묶고 측정된 파형을 화면에 조정하여 0 오프셋 전압을 표시합니다.<ol>
<li>하중 저항기에 분산 전압 프로브를 연결하여 출력 전압 V를 관찰합니다.</li>
		<li>AC 측에 일반 프로브를 연결하여 입력 전압 V를관찰합니다.</li>
		<li>함수 생성기를 회로에 연결합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>V를 표시하고 V에서 V의 최대 4개의 기본 주기에 대해 V를 표시하도록 범위에 대한 시간 기준을 조정합니다. 파형의 복사본을 만듭니다.<ol>
<li>다이오드 턴오프 영역을 확대하고 파형의 복사본을 만듭니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>함수 생성기를 분리하고 부하 수정을 위해 차동 프로브를 제거합니다. 회로와 연결의 나머지 부분을 있는 것처럼 유지합니다.</li>
</ol><img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/10257/10257fig1.jpg"> 그림 1: 저항 하중이 있는 하프 웨이브 정류기
3. 고주파 입력을 가진 저항 유도 부하
<ol><li>도 1에서 동일한 회로를 사용하여 도 2에 도시된 바와 같이 저항 하중과 함께 4.7 mH 인덕터(L)를 연이어 연결한다.</li>
	<li>하중 저항기 를 가로 질러 차동 전압 프로브를 연결하여 R-L 하중 전류I와 동일한 파형 모양을 가지고 있는 저항 전압 V아웃을 관찰합니다.</li>
	<li>함수 생성기 출력 ON을 켭니다.</li>
	<li>V를 표시하고 V에서 V의 최대 4개의 기본 주기에 대해 V를 표시하도록 범위에 대한 시간 기준을 조정합니다. 파형의 복사본을 만듭니다.<ol>
<li>다이오드 턴오프 영역을 확대하고 턴오프 시간의 지연을 관찰합니다. 파형의 복사본을 만듭니다.</li>
		<li>함수 생성기 출력을 끄고 회로에서 분리합니다.</li>
		<li>인덕터 L을 제거하고 회로의 나머지 부분을 있는 것처럼 유지합니다.</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 2" src="/files/ftp_upload/10257/10257fig2.jpg"> 그림 2: R-L 부하가 있는 하프 웨이브 정류기
4. 저주파 입력을 가진 저항 하중
<ol><li>VARIAC 출력이 5%이고 회로에서 분리되어 있는지 확인합니다. VARIAC에 분산 프로브를 연결하고 VARIAC ON을 켜고 출력을 약간 조정하여 10V 피크를 달성합니다.<ol>
<li>참조 입력 전압 관찰으로 사용할 범위의 파형을 캡처합니다.</li>
		<li>VARIAC를 끄지만 전압 설정을 변경하지 는 않습니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>도 1에서 동일한 회로를 사용하여, 즉 인덕터와 저항기가 유일한 부하인 경우, 플러그 바나나 케이블을 사용하여 VARIAC 출력을 연결한다.</li>
	<li>하중 저항기를 가로질러 차동 전압 프로브를 연결하여 출력 전압, V출력을 관찰합니다.</li>
	<li>VARIAC 출력을 켭니다. 회로에서 멀리 하고 범위에 파형을 관찰. 회로를 디버깅해야 하는 경우 먼저 VARIAC OFF에 전원을 공급합니다.
</li>
	<li>범위의 시간 기준을 조정하여 최대 4개의 기본 주기에 대해 V를 표시합니다. 파형의 복사본을 만듭니다.<ol>
<li>다이오드 턴오프 영역을 확대하고 파형의 복사본을 만듭니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>VARIAC를 끄고 회로를 분해합니다. VARIAC 전압 설정을 변경하지 마십시오.</li>
</ol>풀 웨이브 정류기
5. 저항 하중
<ol><li>프로토 보드에 도 3에 표시된 회로를 구축합니다.<ol>
<li>다이오드 극성이 올바른지 확인합니다. 다이오드의 대시는 음극에 있습니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>회로가 준비되면 VARIAC 출력을 AC 소스로 연결합니다.</li>
	<li>하중 저항기에 분산 전압 프로브를 연결하여 출력 전압 V를 관찰합니다.</li>
	<li>VARIAC 출력을 켭니다. 회로에서 멀리 하고 범위에 파형을 관찰. 회로를 디버깅해야 하는 경우 먼저 VARIAC OFF에 전원을 공급합니다.
</li>
	<li>범위의 시간 기준을 조정하여 V에서 최대 4개의 기본 주기에 대해 V를 표시합니다. 파형의 복사본을 만듭니다.<ol>
<li>커서를 사용하여 V아웃의 피크-투-피크 값을 측정합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>프로브 연결을 있는 것처럼 유지하고 VARIAC를 끄고 회로를 분해합니다.<ol>
<li>VARIAC 전압 설정을 변경하지 마십시오.</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 3" src="/files/ftp_upload/10257/10257fig3.jpg"> 그림 3. 저항 하중이 있는 풀 웨이브 정류기.
6. 필터링 커패시터와 저항 부하
<ol><li>도 3에서 동일한 회로를 사용하여, 도 4에 도시된 바와 같이 저항 하중과 병행하여 전해질 커패시터(C)를 연결한다.<ol>
<li>커패시터 극성이 하중의 음수 측에 연결된 (-) 단말과 함께 올바른지 확인합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>VARIAC 출력을 켭니다. 회로에서 멀리 하고 범위에 파형을 관찰. 회로를 디버깅하기 전에 VARIAC OFF에 전원을 공급합니다.</li>
	<li>범위의 시간 기준을 조정하여 VIN의 최대 4개의 기본 주기에 V를 표시합니다. 파형의 복사본을 만듭니다.<ol>
<li>해당 채널의 커서및 AC 커플링 옵션을 사용하여 V아웃의 피크-투-피크 값을 측정합니다(AC 커플링은 신호의 DC 오프셋을 제거합니다).</li>
	</ol>
</li>
	<li>측정이 완료되면 DC 커플링으로 반환합니다.</li>
	<li>VARIAC를 끕니다.</li>
	<li>회로를 분해하고 벤치를 정리합니다.</li>
</ol><img alt="Figure 4" src="/files/ftp_upload/10257/10257fig4.jpg"> 그림 4. 저항 하중 및 정전 용량 필터링이 있는 풀 웨이브 정류기

다이오드 정류기는 거의 모든 전원 공급 장치, 충전기, 가변 주파수 드라이브 및 많은 보호 회로에 있습니다. 대부분의 DC 전원 공급 장치 또는 조정 가능한 AC 전원 공급 장치는 다이오드 정류기를 사용하여 AC를 DC로 변환한 다음 AC 전원 공급 장치 및 가변 주파수 드라이브에서와 같이 필요한 경우 AC를 조정할 수 있습니다. 전력 전자 컨버터의 응용 분야는 전압 차단및 인덕터, 전기 기계 계주 및 모터 와인딩의 에너지를 프리휠링하는 데 일반적입니다. 다이오드 애플리케이션은 전력 전자 장치 응용 프로그램을 넘어 저전력 전자 장치, 통신 시스템 및 조명 애플리케이션으로 확장됩니다.

단상 정류기

출처: 알리 바지, 코네티컷 대학교 전기 공학학과, 스토스, CT.
DC 전원 공급 장치는 일반적으로 DC 또는 단방향 전압 및 전류를 공급하는 장치로 간주됩니다. 배터리는 이러한 전원 공급 장치 중 하나이지만 수명과 비용 면에서 제한됩니다. 단방향 전력을 제공하는 또 다른 방법은 정류기를 사용하여 AC 라인 전력을 DC 전원으로 변환하는 것입니다.
정류기는 한 방향으로 전류를 전달하고 다른 방향으로 차단하여 AC를 DC로 변환할 수 있는 장치입니다. 정류기는 전자 회로에서 중요하며, 이는 특정 임계값 전방 전압을 극복한 후에만 특정 방향으로 전류를 허용하기 때문에 중요합니다. 정류기는 다이오드, 실리콘 컨트롤러 정류기 또는 다른 유형의 실리콘 P-N 접합부일 수 있습니다. 다이오드는 양극과 음극의 두 단자가 있으며, 현재는 양극에서 음극으로 흐릅니다. 정류기 회로는 양극성 인 AC 전압과 전류를 DC 전압 및 전류를 쉽게 필터링 할 수있는 단극성 전압 및 전류로 변경하는 하나 이상의 다이오드를 사용합니다.

다이오드 정류기가 한 방향으로 전류를 통과할 수 있기 때문에 반파 정류에 결합된 저항 하중은 입력 AC 전압의 양수 반사이클만 볼 수 있을 것으로 예상된다. 풀 브릿지 정류기를 사용하면 입력 양수 및 음수 하프 사이클이 양수로 정류되지만 커패시터를 추가하면 대부분의 전압 잔물결을 필터링하고 깨끗한 DC 전압을 제공합니다.
인덕터가 부하와 함께 연이어 추가되면 다이오드 해제가 지연될 것으로 예상됩니다. 이는 다음과 같이 설명할 수 있습니다: 다이오드의 전류는 2개의 조건(공존하는 데 필요한) 1하에서 해제되고, 2) 다이오드(Anode-to-cathode 전압)를 가로지르는 전압은 턴온 임계값 보다 낮습니다. 인덕터가 부하와 연재되면 에너지를 저장하며 소스를 사용할 수 없거나 다이오드양극 측에서 음수로 변할 때 현재 소스역할을 합니다. 따라서 인덕터 전류는 인덕터 ...

Source: Ali Bazzi, Department of Electrical Engineering, University of Connecticut, Storrs, CT.
A DC power supply is generally considered to be a device ...

단상 정류기는 장비 및 디지털 전자 장치에 전원을 공급하는 데 필요한 AC 공급 전압 및 전류를 DC로 변환하는 데 사용됩니다. 가정 및 상업에 공급되는 표준 주전원은 AC입니다. 그러나 대부분의 디지털 전자 장치는 DC 전원에서 작동하도록 설계되었습니다. 정류기는 AC 전기를 호환 가능한 DC 공급 장치로 변환하는 데 사용할 수 있는 장치입니다. 정류기는 전류를 한 방향으로만 전달하여 바이폴라 AC 입력을 단극 정류 출력으로 변환합니다. 정류기 회로는 하나 이상의 다이오드를 사용하여 양극 또는 음의 AC 전력만 전달하여 맥동 소스를 생성한 다음 필터링하여 부드럽고 일관된 DC 전압 및 전류를 얻습니다. 이 비디오에서는 기본적인 정류기 및 다이오드 회로 개념을 소개하고, 몇 가지 일반적인 정류기 회로를 시연하며, 전압 입력 및 부하 구성의 변화에 따라 정류기 회로의 전압 출력을 테스트합니다. 정류기는 전자 회로에 사용되는 장치로 한 방향으로 전류를 흐르게 하고 다른 방향으로 전류를 차단합니다. 정류기는 임계 순방향 전압이 초과될 때만 전류의 흐름을 허용합니다. 다이오드 정류기에는 양극과 음극의 두 단자가 있으며 전류는 양극에서 음극으로 흐르고 음극에서 양극으로 차단됩니다. 단상 반파 정류기는 단일 다이오드를 통해 전압을 전달합니다. 이 회로에서는 AC 입력 전압의 양극 절반만 부하 저항을 통해 출력으로 전송됩니다. 다이오드가 반전되면 AC 입력 전압의 음의 절반만 저항기에 나타납니다. AC 사이클의 음의 절반에 대한 전압이 차단됩니다. 극성이 하나뿐인 RMS 또는 제곱근 평균 제곱근 출력 전압은 양극 입력 전압에 비해 감소합니다. 전파 정류기는 그림과 같이 4개의 다이오드 브리지 회로를 통해 AC 입력 전압의 두 절반 주기를 모두 통과합니다. 음의 절반의 극성을 뒤집고 부하 저항기에서 더 높은 평균 출력 전압을 생성합니다. 정류기는 단방향이지만 맥동 전류를 발생시키며 그 효과는 반파 정류기에서 더 분명합니다. 그러나 정류기의 출력은 일반적으로 부하 저항과 직렬로 연결된 인덕터를 추가하여 필터링됩니다. 전파 정류기에서 부하 저항과 병렬로 조립된 커패시터는 동일한 용도로 사용됩니다. 이 비디오는 서로 다른 출력 부하, 다이오드 끄기 특성 및 서로 다른 회로를 사용한 DC 출력 전압 필터링을 사용한 반파 및 전파 단상 정류기 작동을 보여줍니다. 이 정류기 작동 시연을 위해 두 개의 서로 다른 AC 소스가 사용되며, 고주파, 1 킬로 헤르츠 입력은 10 볼트 피크 정현파 출력의 함수 발생기를 사용하여 생성됩니다. 저주파 60헤르츠 입력은 variac에 의해 공급됩니다. 전원이 공급되는 동안 회로의 어떤 부분도 만지지 마십시오. 펑션 발생기 소스를 사용할 때 회로는 그림과 같이 접지됩니다. variac 공급 장치를 접지하지 마십시오. 고주파 출력을 위해 함수 발생기를 설정하려면 차동 프로브를 오실로스코프 채널 1에 연결하고 10x 프로브를 채널 2에 연결합니다. 스케일링 계수를 디퍼런셜 프로브에서 20배로, 10x 프로브에서 10배로 조정합니다. 스코프 채널 메뉴에서 두 프로브를 모두 10x로 설정합니다. 디퍼런셜 프로브의 경우, 측정값에 수동으로 2를 곱하여 원하는 출력의 20배에 도달합니다. 그런 다음 BNC-앨리게이터 케이블을 함수 발생기의 50옴 출력에 연결하고 앨리게이터 클립을 10x 스코프 프로브에 연결합니다. 출력을 0 DC 오프셋이 있는 10V 피크 및 1,000Hz 정현파 형태로 설정합니다. 신호가 적절하게 설정되면 bnc 커넥터와 스코프 프로브를 분리하되 함수 발생기는 설정을 유지하기 위해 켜진 상태로 유지합니다. 저주파 출력을 위해 variac을 설정하려면 출력 콘센트가 분리되어 있고 노브가 0으로 설정된 상태에서 꺼져 있는지 확인하십시오. 그런 다음 variac 노브를 5% 출력으로 천천히 조정하여 10볼트 피크를 달성합니다. 먼저 고주파 입력 전압과 저항 부하로 반파 정류기를 테스트합니다. 51옴 부하 저항과 50볼트 및 2암페어 등급의 다이오드를 사용하여 그림과 같이 회로를 구축합니다. 다이오드 극성은 음극 끝에 대시 기호로 표시되어 있습니다. 차동 프로브를 회로에 연결하기 전에 프로브의 단자를 함께 연결하고 파형을 제로 오프셋 전압으로 조정하십시오. 그런 다음 부하 저항에 차동 전압 프로브를 연결하여 출력 전압을 관찰하고 AC 측을 가로지르는 10x 프로브를 연결하여 입력 전압을 관찰합니다. 다음으로, 입력 전압의 4개 주기에 대한 입력 및 출력 전압을 표시하도록 스코프의 시간축을 조정합니다. 수정하기 전에 함수 발생기를 분리하고 회로에서 차동 프로브를 제거하십시오. 다음으로, 고주파 입력과 저항 유도 부하로 반파 정류기를 테스트합니다. 그림과 같이 회로를 재사용하여 저항과 직렬로 인덕터를 추가합니다. 앞에서 설명한 대로 프로브를 회로에 연결하고 입력 및 출력 전압의 파형을 표시합니다. 함수 발생기를 끄고, 차동 프로브를 분리하고, 회로에서 인덕터를 제거합니다. 마지막으로, 저주파 입력과 저항 부하로 반파 정류기를 테스트합니다. 디퍼런셜 프로브를 variac에 연결하고 켭니다. variac을 조정하여 10V 피크 출력을 얻은 다음 전압 설정을 변경하지 않고 variac을 끕니다. 그림과 같이 variac 출력을 저항 회로에 연결합니다. 그런 다음 부하 저항에 차동 전압 프로브를 연결하여 출력 전압을 관찰합니다. variac을 켭니다. 가변 전원이 연결되어 켜져 있는 회로를 만지지 마십시오. 앞에서 설명한 대로 입력 전압과 출력 전압의 파형을 표시합니다. 먼저 저항 부하로 전파 정류기를 테스트합니다. 그림과 같이 회로를 구축하고 프로브와 variac 출력을 회로에 연결합니다. 앞에서 설명한 대로 입력 전압과 출력 전압의 파형을 표시하고 피크 대 피크 전압을 측정합니다. 프로브 연결을 유지하면서 variac을 끄고 저항 부하와 병렬로 전해 커패시터를 연결합니다. 그런 다음 입력 및 출력 전압을 관찰합니다. 첫 번째 그림은 AC 공급 전압의 4개 주기와 반파 정류기에 결합된 저항 부하의 출력을 보여줍니다. 입력 AC 전압의 양의 반주기만 다이오드 정류기를 통과합니다. 반파 정류기 회로의 입력 전압이 정현파인 경우 저항 부하가 있는 단일 다이오드의 평균 전압 출력은 입력 피크 전압을 pi로 나눈 값입니다. 인덕터가 부하 저항과 직렬로 추가되면 다이오드 끄기 영역이 지연됩니다. 이 인덕터와 저항기의 조합은 저역 통과 필터입니다. 인덕터의 값이 충분히 크면 출력의 진동 성분이 차단되고 일정한 DC 성분만 남게 됩니다. 풀 브리지 정류기의 경우 입력 포지티브 반주기는 회로를 통과하고 음의 반주기는 포지티브로 정류됩니다. 충분히 큰 커패시터를 추가하면 대부분의 전압 리플이 필터링되고 부하에 일관된 DC 전압이 제공됩니다. 다이오드 정류기는 대부분의 전원 공급 장치, 충전기, 가변 주파수 드라이브 및 많은 보호 회로에 있습니다. 첫째, AC 전원 어댑터는 DC 공급 기계의 전원을 변환하거나 장치에 포함된 DC 배터리를 충전하는 데 사용됩니다. 어댑터는 120V 벽면 공급 장치에서 전압을 강압하는 변압기, 4개의 다이오드 브리지 전파 정류기 및 DC 출력 전압을 평활화하는 커패시터로 구성된 회로만큼 간단할 수 있습니다. 사이리스터는 조광기, 모터 속도 컨트롤러 및 전압 조정기에 일반적으로 사용되는 실리콘 제어 정류기입니다. 설계상 사이리스터는 P형 측에서 양극을 생성하고, N형 측에서 음극을 생성하고, 음극 옆의 P형 층에 연결된 게이트 도약을 생성하는 데 사용되는 P형 및 N형 반도체의 교대층을 위한 것입니다. 래칭 임계값 이상에서 게이트로 들어가는 전류 펄스는 사이리스터를 꺼짐에서 켜짐으로 전환하여 양극에서 음극으로 순방향 전류 흐름을 허용합니다. 이는 전류 흐름을 한 방향으로 조정하고 통합 스위칭 메커니즘으로 출력 전력을 조절합니다. JoVE의 단상 정류기 소개를 시청했습니다. 이제 단상 정류기의 작동 방식, 일반적인 정류기 회로 및 출력, 몇 가지 일반적인 정류기 응용 프로그램을 이해해야 합니다. 시청해 주셔서 감사합니다.

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ac to dc conversion with rectifiers

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A rectifier is a device that lets current pass in one direction and blocks it in the other. It works after a forward voltage threshold is reached. Rectifiers may use a diode, a silicon controlled rectifier, or other silicon P-N junction devices. In a diode, current flows from the anode to the cathode.

Rectifier circuits use one or more diodes to change AC voltages and currents, which are bipolar, into unipolar voltages and currents. The output can then be filtered to produce DC voltage and current that are easier to use in electronic systems.

AC to DC Conversion with Rectifiers

electrical safety precautions and basic equipment

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Safe Handling of High-Voltage Lab Power

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ac synchronous machine characterization

Three-Phase Synchronous Motor Starting and V-Curves

Three-phase synchronous motors and generators are important AC machines. Wound-rotor synchronous motors are less common than permanent magnet rotor synchronous motors because the rotor field uses brushes. Synchronous generators are much more common. They are used in most existing power plants because they provide excellent frequency and voltage regulation. A synchronous motor runs at the same speed as the stator magnetic field. This gives it almost 0% speed regulation, so the rotor speed stays...

electrical engineering

이 컬렉션은 전기 관련 실험실에서 일반적으로 사용하는 장비를 소개하는 전기 안전 비디오로 시작합니다. 다음 비디오는 인덕터, 변압기, 컨버터, 정류기 및 인버터를 소개합니다.

Learn how rectifiers turn AC line power into DC, how diodes block reverse current, and why rectifier circuits matter in electronic systems.

AC to DC Conversion with Rectifiers | JoVE K12

Ali Bazzi

Overview

Principles of Single-Phase Rectifiers

AC Source Setup

Half-Wave Rectifier Test

Full-Wave Rectifier Test

Representative Results

Applications

Summary

Newton's Second Law

Newton&#39;s second law is closely related to his first law of motion. It mathematically gives the cause-and-effect relationship between force and changes ...

Second Law: Motion under Same Force

Newton&#39;s laws can be applied to bodies at rest and bodies in motion. Newton&#39;s first law is applied to bodies in equilibrium, whereas the second ...

Force and Acceleration

Source: Nicholas Timmons,&#160;Asantha Cooray, PhD, Department of Physics &#38; Astronomy, School of Physical Sciences, University of California, Irvine, ...

second-law-motion-under-same-acceleration

Second Law: Motion under Same Acceleration

Newton&#39;s second law of motion applies to bodies moving under the same acceleration. For example, when a baggage tractor pulls luggage carts, each cart ...

Newton's Laws of Motion

Source: Andrew Duffy, PhD, Department of Physics, Boston University, Boston, MA
This experiment examines at various situations involving two interacting ...

Newton's Law of Motion

When we observe objects around us, one question that comes to mind is why they move or stay still. The answer to this question can be explained using ...

Analyze data to support the claim that Newton's second law of motion describes the mathematical relationship among the net force on a macroscopic object, its mass, and its acceleration.

P-PS2-1

Force and Momentum

Force and momentum are intimately related. Force acting over time can change momentum, and Newton&#39;s second law of motion can be stated in its most ...

Internal and External Forces

Newton&#39;s first law states that a net external force causes a change in motion. External forces act on an object or system, originating outside of the ...

Conservation of Momentum: Introduction

The total momentum of a system consisting of N interacting objects is constant in time or is conserved. A system must meet two requirements for its ...

Force

Forces affect every moment of our life. Our bodies are held to the Earth by force, and they are held together by the forces of charged particles. When we ...

Conservation of Momentum

Conservation of Momentum: Problem Solving

Solving problems using the conservation of momentum requires four basic steps:

	Identify a closed system, where the total mass is constant, and no net ...

conservation-of-linear-momentum-for-a-system-of-particles

Conservation of Linear Momentum for a System of Particles

In a game of billiards, when the cue ball strikes a stationary ball, it transfers some of its momentum to the stationary ball. The cue ball slows down, ...

principle-of-linear-impulse-and-momentum-for-a-system-of-particles

Principle of Linear Impulse and Momentum for a System of Particles

Consider a system of particles moving relative to an inertial frame of reference.
The equation of motion for such a system can be written as the sum of ...

Use mathematical representations to support the claim that the total momentum of a system of objects is conserved when there is no net force on the system.

P-PS2-2

principle-of-linear-impulse-and-momentum-for-a-single-particle

Principle of Linear Impulse and Momentum for a Single Particle

Linear momentum is a fundamental concept in physics that describes the motion of an object. It is a vector quantity, having a magnitude equal to the ...

principle-of-angular-impulse-and-momentum-problem-solving

Principle of Angular Impulse and Momentum: Problem Solving

Consider a ball of mass m, attached to a massless rod of known length, subjected to a time-dependent torque. If the initial velocity of the mass is known, ...

Linear Momentum

The term momentum is used in various ways in everyday language, most of which are consistent with the precise scientific definition. Generally, momentum ...

principle-of-angular-impulse-and-momentum

Principle of Angular Impulse and Momentum

The angular impulse and momentum principle provides insights into how forces applied at a distance from an object&#39;s rotational axis influence its ...

principle-linear-impulse-momentum-for-single-particle-problem

Principle of Linear Impulse and Momentum for a Single Particle: Problem Solving

Consider a massless pulley system consisting of a wooden box and a cylinder of known masses. Determine the speed of the attached objects at a specific ...

Angular Momentum

Angular momentum describes the rotational motion of an object.
It is defined as the moment of the object&#39;s linear momentum about a specific point O.
...

relation-between-moment-of-a-force-and-angular-momentum

Relation Between Moment of a Force and Angular Momentum

In a spinning top, applying a force at a distance from the center creates torque, which changes the angular momentum of the top, causing it to spin.
The ...

Apply scientific and engineering ideas to design, evaluate, and refine a device that minimizes the effect of a force on a macroscopic object during a collision.

P-PS2-3

Gravitation

In the years before Newton, a general belief prevailed that different laws governed objects in the sky than objects on Earth. When Kepler wrote down the ...

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Newton's Law of Gravitation

Our everyday observation tells us that all objects close to the Earth naturally tend to fall to the ground. Early philosophers assumed that this downward ...

gravitation-between-spherically-symmetric-masses

Gravitation Between Spherically Symmetric Masses

The gravitational potential energy between two spherically symmetric bodies can be calculated from the masses and the distance between the bodies, ...

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Gravity between Spherical Bodies

Newton&#39;s law of gravitation describes the gravitational force between any two point masses. However, for extended spherical objects like the Earth, ...

Coulomb's Law

Experiments with electric charges have shown that if two objects each have an electric charge, they exert an electric force on each other. The magnitude ...

comparison-between-electrical-and-gravitational-forces

Comparison Between Electrical And Gravitational Forces

There are four fundamental forces in nature: the gravitational force, the electromagnetic force, the strong nuclear force, and the weak nuclear force. To ...

Newton's Law of Gravitational Attraction

Sir Isaac Newton established the universality of the law of gravitational attraction based on empirical evidence and inductive reasoning. He published his ...

Newton's Law of Universal Gravitation

Source: Ketron Mitchell-Wynne, PhD,&#160;Asantha Cooray, PhD, Department of Physics &#38; Astronomy, School of Physical Sciences, University of ...

Use mathematical representations of Newton's law of gravitation and Coulomb's law to describe and predict the gravitational and electrostatic forces between objects.

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Types of Forces

In most situations, forces can be grouped into two categories: contact forces and field forces.&#160; Contact forces occur as a result of direct physical ...

Magnetic Fields

Source: Yong P. Chen, PhD, Department of Physics &#38; Astronomy, College of Science, Purdue University, West Lafayette, IN
Magnetic fields can be ...

Electric Charge in a Magnetic Field

Source: Andrew Duffy, PhD, Department of Physics, Boston University, Boston, MA
This experiment duplicates J.J. Thomson's famous experiment at the end of ...

Electric Fields

Source: Yong P. Chen, PhD, Department of Physics &#38; Astronomy, College of Science, Purdue University, West Lafayette, IN
An electric field is generated ...

Electromagnetic Fields

Electric fields generated by static charges, often referred to as electrostatic fields, are characteristically different from electric fields created by ...

Magnetic Field Due to Two Straight Wires

Consider two parallel straight wires carrying a current of 10 A and 20 A in the same direction and separated by a distance of 20 cm. Calculate the ...

Energy Carried By Electromagnetic Waves

Anyone who has used a microwave oven knows there is energy in electromagnetic waves. Sometimes, this energy is obvious, such as in the summer sun&#39;s ...

Energy Stored in Capacitors

A parallel plate capacitor connected to a battery develops a potential difference across its plates.
By integrating the equation relating voltage and ...

Power and Energy

Energy is the total work required to drive the current through the circuit.
A rise in voltage results in more work done, passing more current, resulting ...

Voltage

The movement of electrons in a conductor requires some form of energy or work, usually provided by an external force, like a battery. This force is called ...

Electromotive Force

Electromotive force (emf) is the force that causes current to flow from a higher to a lower&#160; potential. The term &#34;electromotive ...

Electrical Energy

Using electric appliances for a longer period of time consumes more electrical energy and results in a higher electric bill. The energy produced by the ...

Electrical Current

Electrical current is defined as the rate at which charge flows. When there is a large current present, such as that used to run a refrigerator, a large ...

Electric Potential Energy

When an electric field accelerates a free positive charge q, it is given kinetic energy. The process is analogous to an object accelerated by a ...

Electrical Power

Electric power is the product of current and voltage, represented in units of joules per second, or watts. For example, cars often have one or more ...

Plan and conduct an investigation to provide evidence that an electric current can produce a magnetic field and that a changing magnetic field can produce an electric current.

P-PS2-5

sources-and-properties-of-electric-charge

Sources and Properties of Electric Charge

All objects we see around us consist of atoms, which combine to form molecules. The lightest element in the universe is hydrogen, and a hydrogen atom ...

Electric Charges

From lightning during thunderstorms to electronic devices, the phenomenon of electromagnetism is all around us. The electromagnetic force is one of the ...

Electron Behavior

Electrons are negatively charged subatomic particles attracted to and orbit around the positively-charged nucleus of an atom. They reside in spaces ...

Electronic Structure of Atoms


An atom comprises protons and neutrons, which are contained inside the dense, central&#160;core called the nucleus, with electrons present around the ...

Communicate scientific and technical information about why the molecular-level structure is important in the functioning of designed materials.

AC to DC Conversion with Rectifiers

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