Warm‐UpAn electrical force of 972 N exists between two charges separated by a distance of 4 m.  At what distance would the force be reduced to 12 N? 

Physics 

FlowofCharge Charge flows when there is a potential difference  

 When the ends of an electric conductor are at different electric potentials, charge flows from one end to the other 

  The flow of charge will continue until both ends reach a common potential 

ElectricCurrent(I) Electric current = the flow of electric charge 

  e‐ carry the charge through the circuit because they are free to move throughout the atomic network 

 Electric current is measured in amperes (A)   ampere = the flow of 1 coulomb of charge per second 

current = charge            time 

I = Δq       Δt 

A current‐carrying wire has a net electric charge of zero because the number of electrons entering one end is the same as the number leaving the other. 

What is the net charge of a current carrying wire (as pictured above)? 

Current(I)vs.Voltage(V) Charges flow when there is a potential difference (V)  A voltage source provides a potential difference 

  Ex: batteries, generators  Charges flow through a circuit because of an applied voltage across the circuit 

 Voltage (V) causes current (I) 

If I increase the potential difference (voltage), will the current… (a) increase or (b) decrease?  Increase! V α I 

Resistance(R) We now know:  

  Amount of charge that flows in a circuit depends on the voltage provided by the voltage source (V α I) 

 But…   The current also depends on the resistance (R) that the conductor offers to the flow of charge—the electric resistance 

  Resistance is measured in ohms (Ω) 

  Resistance (R) of a wire depends on: 

  Conductivity of the material used in the wire    Better conductors have less resistance 

  Thickness of the wire   Thick wires have less resistance than thin wires.  

  Length of the wire   Longer wires have more resistance than short wires 

  Temperature   For most conductors, increased temperature means increased 

resistance 

Why will an electric drill operating on a very long extension cord not rotate as fast as one operated on a short cord? 

The longer an extension cord, the greater its resistance, and the more energy is dissipated in it, with less available for the electric drill. 

Whatdoweknow?How is current (I) related to voltage (V)? 

How is current (I) related to resistance (R)? 

Combining these findings… 

I α V 

I α 1/R 

I = V/R 

Ohm’sLaw The current in a circuit is directly proportional to the voltage impressed across the circuit, and is inversely proportional to the resistance of the circuit 

I = V/R  V = I*R 

Units: V = volts (V) I = amps (A) R = ohms (Ω) 

Examples  If the voltage impressed across a circuit is constant but the resistance doubles, what change occurs in the current?  

V = IR V = 2R*_I V = 2R * ½ I  The current is halved 

 How much voltage is required to make 2 amperes flow through a resistance of 8 ohms?  

V = IR V = 2 A * 8 Ω  V = 16 volts 

Warm‐Up

PS6SoluJons1.  10,800 s 2.  (skip) 3.  27.5 Ω 4.  12.22 A,  

 higher R 5.  1.52 V 

Ohm’sLawandElectricShock The damaging effects of electric shock are the result of current passing through the body 

 Body’s resistance = 100 ohms if you’re soaked with salt water to about 500,000 ohms if your skin is very dry 

Whydon’tbirdsgetfried? Every part of the bird’s body is at the same high potential as the wire, so the bird feels no effects 

  For the bird to receive a shock, there must be a difference in potential between one part of its body and another part 

Jane falls from a bridge and manages to grab onto a high‐voltage power line, halting her fall.  Will she be ok?? As long as Jane touches nothing else of different potential, she will receive no shock at all.  Even if the wire is thousands of volts above ground potential and even if she hangs by it with two hands, no charge will flow from one hand to the other.  If, however, you reach over with one hand and grab onto a wire of different potential, ZAP!!  

Sourceofe‐inacircuit  The source of electrons in a circuit is the conducting circuit material itself  

  Electrons DO NOT come from:   electric outlets in the walls of homes    power lines 

  Power utilities do not sell electrons. They sell energy. You supply the electrons.  

 When you are jolted by an AC electric shock, the electrons making up the current in your body originate in your body.    Electrons do not come out of the wire and through your body and into the ground; energy does.  

ElectricPower A charge moving in a circuit expends energy  

  This may result in heating the circuit or in turning a motor   

 Electric power (P) = the rate at which electrical energy is converted into another form such as mechanical energy, heat, or light  Measured in Watts (W) 

 Electric power is equal to the product of current and voltage 

P = V*I  P = I2*R 

Example Calculate the power supplied to an electric blanket that carries 1.20 A when connected to a 120‐V outlet.  

P = V*I 

P = 120 V*1.20 A 

P = 144 W 

Warm‐UpThe Garcias like to keep their 40 W front porch light on at night to welcome visitors. If the light is on from 6 p.m. until 7 a.m., and the Garcias pay 8.00¢ per kilowatt‐hour (kWh), how much does it cost to run the light for this amount of time each year?  

PS7

Physics 

ElectricCircuits  Circuit = Any path along which electrons can flow  

  For a continuous flow of electrons, there must be a complete circuit with no gaps 

  A gap is usually provided by an electric switch that can be opened or closed to either cut off or allow electron flow 

  In circuits, current flows through resistors and voltage is established across resistors. 

  A short circuit occurs when current flows along a path without no (or very little) resistance.  

  Light bulbs are examples of resistors.  They take electrical energy and convert it to heat (light).     The brightness of the bulb depends on the amount of electrical power the bulb dissipates.  

InSeries

InSeries  Total resistance to current in the circuit is the sum of the individual resistances along the circuit path 

 Rtotal = R1 + R2 + R3 

Find the total resistance of the three resistors connected in series. 

InSeries  Current passing through each electric device is the same 

 I1 = I2 = I3 

 Ohm’s Law applies across each individual device  V1 = I*R1  V2 = I*R2  V3 = I*R3 

  Sum of the voltage drops across the individual devices is equal to the total voltage supplied by the source  Vtotal = V1 + V2 + V3 

  Vtotal = I*Requivalent 

Example1:Series What is the current through the battery? 

R = 4 Ω 

Example2:Series  Find the resistance of the unknown resistor, R. 

 The (A) is an ammeter.  It is a device that measures current flow. 

0.5 A 

Example3:Series Two 4 Ω resistors and two 3 Ω resistors are connected in series to a 28 V battery.  What is the equivalent resistance?  What is the current in the circuit?  What is the voltage drop across each resistor? 

Warm‐UpA 10 Ω resistor, a 15 Ω resistor, and a 5 Ω resistor are connected in series across a 90 V battery. 

a)  What is the equivalent resistance of the circuit? b)  What is the current in the circuit? c)  What is the voltage drop across the 10 Ω resistor? d)  What is the voltage drop across the 15 Ω resistor? 

InParallel

InParallel Overall resistance of the circuit is less than the resistance of any one of the branches 

Find the total resistance of the three resistors connected in parallel. 

€

1Req

=1R1

+1R2

+1R3

+ ...

InParallel  Overall resistance of the circuit is less than the resistance of any one of the branches 1/Rtotal = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 

  Voltage is the same across each device  V1 = V2 = V3 

  Total current in the circuit equals the sum of the currents in its parallel branches  Itotal = I1 + I2 + I3 

  Ohm’s Law applies across each individual device  V = I1*R1  V = I2*R2    V = I3*R3 

Example1:Parallel  Find the current through the 2 ohm resistor. 

Example2:Parallel Three resistors are connected in parallel. If placed in a circuit with a 12‐volt power supply. Determine the equivalent resistance, the total circuit current, and the voltage drop across and current in each resistor. 

Warm‐UpThree resistors of the same unknown resistance are connected in series with a 20 V battery.  5 A of current flows through the battery.  What is the value of each of the resistors? 

CombiningResistors

  Series  Rtotal = R1 + R2 + R3 

 Parallel   

€

1RTotal

=1R1

+1R2

+1R3

Example1:Circuits  Find the total current passing through the circuit. 

Example2:Circuits

Find the voltage drop across each resistor, the current through each resistor, the total current supplied by the battery, and the total power delivered by the battery.