Akım kaynağının iç direnci nasıl hesaplanır. Sabit elektrik akımı. Akım kaynağının EMF'si ve akım kaynağının iç direnci

İşin amacı: bir ampermetre ve bir voltmetre kullanarak akım kaynağının EMF'sini ve iç direncini ölçme yöntemini inceleyin.

Teçhizat: metal tablet, akım kaynağı, ampermetre, voltmetre, direnç, anahtar, kelepçeler, bağlantı telleri.

Akım kaynağının EMF'sini ve iç direncini ölçmek için, şeması Şekil 1'de gösterilen bir elektrik devresi monte edilir.

Akım kaynağına seri bağlı bir ampermetre, bir direnç ve bir anahtar bağlanır. Ayrıca, kaynağın çıkış soketlerine doğrudan bir voltmetre de bağlanır.

EMF, açık anahtarlı bir voltmetre okunarak ölçülür. EMF'yi belirlemek için bu teknik, tam bir devre için Ohm yasasından bir sonuca dayanmaktadır, buna göre, harici devrenin sonsuz büyük direnciyle, kaynağın terminallerindeki voltajın EMF'sine eşittir. (Fizik 10 ders kitabında "Tam Devre için Ohm Yasası" paragrafına bakın).

Kaynağın iç direncini belirlemek için, K anahtarı kapalıdır.Bu durumda, devrede iki bölüm şartlı olarak ayırt edilebilir: dış (kaynağa bağlı olan) ve iç (akım kaynağının içinde olan) ). Kaynağın EMF'si devrenin iç ve dış bölümlerindeki gerilim düşüşlerinin toplamına eşit olduğundan:

ε = senr+ Ur, sonrasenr = ε -Ur (1)

U r = I devresinin bir bölümü için Ohm yasasına göre · (2). (2) eşitliğini (1) ile değiştirerek şunu elde ederiz:

ben· r = ε - senr , nereden r = (ε - senr)/ J

Bu nedenle, akım kaynağının iç direncini bulmak için önce EMF'sini belirlemek, ardından anahtarı kapatmak ve harici direnç boyunca voltaj düşüşünü ve ayrıca içindeki akımı ölçmek gerekir.

İlerlemek

1. Ölçüm ve hesaplama sonuçlarını kaydetmek için bir tablo hazırlayın:

ε ,v	sen r , B	ben, bir	r , Ohm

Bir deftere, kaynağın EMF'sini ve iç direncini ölçmek için bir devre çizin.

Devreyi kontrol ettikten sonra elektrik devresini monte edin. Anahtarı açın.

Kaynağın EMF değerini ölçün.

Anahtarı kapatın ve ampermetre ve voltmetre okumalarını okuyun.

Kaynağın iç direncini hesaplayın.

1. Bir akım kaynağının emk ve iç direncinin grafiksel bir yöntemle belirlenmesi

İşin amacı: kaynağın çıkışındaki voltajın devredeki akıma bağımlılığı grafiğinin analizine dayanarak, akım kaynağının EMF, iç direnç ve kısa devre akımı ölçümlerini inceleyin.

Teçhizat: galvanik hücre, ampermetre, voltmetre, direnç r 1 , değişken direnç, anahtar, kelepçeler, metal plaka, bağlantı telleri.

Tam bir devre için Ohm yasasından, akım kaynağının çıkışındaki voltajın devredeki akımla doğru orantılı olduğu sonucu çıkar:

I = E / (R + r) olduğundan, o zaman IR + Ir = E, ancak IR = U, bu nedenle U + Ir = E veya U = E - Ir (1).

U'nun I'e bağımlılığının bir grafiğini oluşturursanız, koordinat eksenleriyle kesişme noktalarına göre E, I K.Z'yi belirleyebilirsiniz. - kısa devre akım gücü (harici direnç R sıfıra eşit olduğunda kaynak devrede akacak akım).

EMF, grafiğin stres ekseni ile kesişme noktası tarafından belirlenir. Grafiğin bu noktası, içinde akım olmayan devrenin durumuna ve dolayısıyla U = E'ye karşılık gelir.

Kısa devre akımı gücü, grafiğin akım ekseni ile kesişme noktası ile belirlenir. Bu durumda, dış direnç R = 0 ve dolayısıyla kaynak çıkışındaki voltaj U = 0.

Kaynağın iç direnci, grafiğin mevcut eksene göre eğiminin tanjantından bulunur. (Formül (1)'i Y = AX + B biçimindeki matematiksel bir fonksiyonla karşılaştırın ve X'deki katsayının anlamını hatırlayın).

İlerlemek

Ölçüm sonuçlarını kaydetmek için bir tablo hazırlayın:

1. Öğretmen devreyi kontrol ettikten sonra elektrik devresini monte edin. Değişken direncin kaydırıcısını, akım kaynağına bağlı devrenin direncinin maksimum olacağı konuma ayarlayın.

Değişken direncin direncinin maksimum değerinde devredeki akımın ve kaynak terminallerindeki voltajın değerini belirleyin. Ölçüm verilerini tabloya girin.

Akım ve voltaj ölçümlerini birkaç kez tekrarlayın, her seferinde değişken direncin değerini azaltın, böylece kaynak terminallerindeki voltaj 0,1V azalır. Devredeki akım 1A'ya ulaştığında ölçümü durdurun.

Deneyde elde edilen noktaları grafiğe çizin. Gerilimi dikey eksene ve amperajı yatay eksene yerleştirin. Noktalar boyunca düz bir çizgi çizin.

Grafiği koordinat eksenleriyle kesişme noktasına kadar devam ettirin ve E ve I K.Z değerlerini belirleyin.

Harici devre açıkken terminallerine bir voltmetre bağlayarak kaynağın EMF'sini ölçün. İki yöntemle elde edilen EMF değerlerini karşılaştırın ve sonuçlar arasındaki olası tutarsızlığın nedenini belirtin.

Akım kaynağının iç direncini belirleyin. Bunu yapmak için, çizilen grafiğin eğiminin mevcut eksene tanjantını hesaplayın. Bir dik üçgende açının tanjantı, karşı bacağın bitişik bacağa oranına eşit olduğundan, pratikte bu, E / I K.Z oranı bulunarak yapılabilir.

Kaynak, mekanik, kimyasal, termal ve diğer bazı enerji biçimlerini elektrik enerjisine dönüştüren bir cihazdır. Başka bir deyişle kaynak, elektrik üretmek için tasarlanmış aktif bir ağ elemanıdır. Şebeke üzerinde bulunan farklı kaynak türleri, gerilim kaynakları ve akım kaynaklarıdır. Elektronikteki bu iki kavram birbirinden farklıdır.

Sabit voltaj kaynağı

Gerilim kaynağı iki kutuplu bir cihazdır, herhangi bir andaki gerilimi sabittir ve içinden geçen akımın etkisi yoktur. Böyle bir kaynak, sıfır iç dirençle ideal olacaktır. Pratik anlamda, elde edilemez.

Voltaj kaynağının negatif kutbunda fazla elektron birikir ve artı kutbundaki eksiklikleri. Kutupların durumları, kaynak içindeki süreçler tarafından korunur.

piller

Piller kimyasal enerjiyi dahili olarak depolar ve bunu elektrik enerjisine dönüştürme yeteneğine sahiptir. Piller şarj edilemez, bu bir dezavantajdır.

piller

Piller şarj edilebilir pillerdir. Şarj edildiğinde, elektrik enerjisi kimyasal enerji şeklinde dahili olarak depolanır. Boşaltma sırasında kimyasal işlem ters yönde ilerler ve elektrik enerjisi açığa çıkar.

Örnekler:

1. Kurşun asit pil hücresi. Kurşun elektrotlardan ve damıtılmış su ile seyreltilmiş sülfürik asit şeklinde elektrolitik bir sıvıdan yapılır. Hücre başına voltaj yaklaşık 2 V'tur. Araba akülerinde, altı hücre genellikle bir seri devreye bağlanır, çıkış terminallerinde elde edilen voltaj 12 V'tur;

1. Nikel-kadmiyum piller, hücre voltajı 1,2 V.

Önemli! Düşük akımlarda, piller ve akümülatörler ideal voltaj kaynaklarına iyi bir yaklaşım olarak kabul edilebilir.

AC voltaj kaynağı

Elektrik santrallerinde jeneratörler kullanılarak üretilir ve voltaj regülasyonu yapıldıktan sonra tüketiciye iletilir. Çeşitli elektronik cihazların güç kaynaklarında 220 V'luk ev ağının alternatif voltajı, transformatörler kullanıldığında kolayca daha düşük bir göstergeye dönüştürülür.

Güç kaynağı

Analojiyle, ideal bir voltaj kaynağı çıkışta sabit bir voltaj oluşturduğundan, akım kaynağının görevi, gerekli voltajı otomatik olarak kontrol ederek sabit bir akım değeri vermektir. Örnekler, akım transformatörleri (sekonder sargı), fotoseller, transistörlerin kollektör akımlarıdır.

Gerilim kaynağının iç direncinin hesaplanması

Gerçek voltaj kaynakları, "iç direnç" olarak adlandırılan kendi elektriksel direncine sahiptir. Kaynak terminallerine bağlanan yük, "harici direnç" - R olarak belirlenmiştir.

Akümülatörlerin pili EMF üretir:

ε = E / Q, burada:

• E - enerji (J);
• Q - şarj (Cl).

Bir pil hücresinin toplam EMF'si, yükün yokluğunda açık devresinin voltajıdır. Dijital bir multimetre ile iyi bir doğrulukla kontrol edilebilir. Akünün çıkış kontaklarında ölçülen potansiyel farkı, yük direncine bağlandığında, akımın harici yükten ve kaynağın iç direncinden geçmesi nedeniyle açık devre ile voltajından daha az olacaktır. , bu termal radyasyon olarak içinde enerji kaybına yol açar ...

Kimyasal çalışma prensibine sahip bir pilin iç direnci, bir ohm'un bir kısmı ile birkaç ohm arasındadır ve esas olarak pilin üretiminde kullanılan elektrolitik malzemelerin direnci ile ilgilidir.

Aküye R dirençli bir direnç bağlanırsa, devredeki akım I = ε / (R + r) olur.

İç direnç sabit değildir. Pil tipinden (alkalin, kurşun asit vb.) etkilenir ve yük değeri, sıcaklık ve pil ömrüne göre değişir. Örneğin, tek kullanımlık pillerde, kullanım sırasında dahili direnç artar ve bu nedenle voltaj, daha fazla kullanım için uygun olmayan bir duruma ulaşana kadar düşer.

Kaynağın EMF'si önceden verilen bir değer ise, kaynağın iç direnci, yük direncinden geçen akım ölçülerek belirlenir.

1. Yaklaşık şemadaki iç ve dış direnç seri olarak bağlandığından, formülü uygulamak için Ohm ve Kirchhoff yasalarını kullanabilirsiniz:

1. Bu ifadeden r = ε / I - R.

Örnek. Bilinen bir EMF ε = 1,5 V olan ve bir ampul ile seri olarak bağlanan bir pil. Ampul üzerindeki voltaj düşüşü 1,2 V'tur. Bu nedenle, elemanın iç direnci bir voltaj düşüşü oluşturur: 1,5 - 1,2 = 0,3 V. Devredeki tellerin direnci ihmal edilebilir olarak kabul edilir, lambanın direnci değildir. bilinen. Devreden geçen ölçülen akım: I = 0,3 A. Akünün iç direncini belirlemek gerekir.

1. Ohm yasasına göre, ampulün direnci R = U / I = 1.2 / 0.3 = 4 Ohm'dur;
2. Şimdi, iç direnci hesaplama formülüne göre r = ε / I - R = 1.5 / 0.3 - 4 = 1 Ohm.

Kısa devre durumunda, dış direnç neredeyse sıfıra düşer. Akım, değerini yalnızca kaynağın küçük bir direnciyle sınırlayabilir. Böyle bir durumda oluşan akımın gücü o kadar büyüktür ki, akımın termal etkisi ile gerilim kaynağı zarar görebilir, yangın tehlikesi vardır. Örneğin araç akü devrelerine sigorta takılarak yangın riski önlenir.

Bir voltaj kaynağının iç direnci, en verimli gücün bağlı bir cihaza nasıl aktarılacağına karar verirken önemli bir faktördür.

Önemli! Kaynağın iç direnci yükün direncine eşit olduğunda maksimum güç aktarımı gerçekleşir.

Ancak bu koşul altında, P = I² x R formülünü hatırlayarak, yüke aynı miktarda enerji verilir ve kaynağın kendisinde dağılır ve verimliliği sadece %50'dir.

Kaynağın en iyi kullanımına karar vermek için yük gereksinimleri dikkatlice düşünülmelidir. Örneğin, kurşun asitli bir araba aküsü, nispeten düşük 12 V voltajda yüksek akımlar sağlamalıdır. Düşük iç direnci, bunu yapmasına izin verir.

Bazı durumlarda, kısa devre akımını sınırlamak için yüksek voltajlı güç kaynakları son derece yüksek bir iç dirence sahip olmalıdır.

Akım kaynağının iç direncinin özellikleri

İdeal bir akım kaynağının sonsuz direnci vardır ve gerçek kaynaklar için yaklaşık bir versiyon sunulabilir. Eşdeğer devre, kaynağa paralel olarak bağlanan bir direnç ve bir dış dirençtir.

Akım kaynağından gelen akım çıkışı şu şekilde dağıtılır: akımın bir kısmı en yüksek dahili dirençten ve en düşük yük direncinden geçer.

Çıkış akımı, iç direnç üzerindeki akımların ve I® = In + Ivn yükünün toplamından olacaktır.

Çıkıyor:

In = I® - Ivn = I® - Un / r.

Bu bağımlılık, akım kaynağının iç direnci arttığında, üzerindeki akımın azaldığını ve yük direncinin akımın çoğunu aldığını gösterir. İlginç bir şekilde, voltaj mevcut değeri etkilemeyecektir.

Gerçek kaynak çıkış voltajı:

Uout = I x (R x r) / (R + r) = I x R / (1 + R / r). Makaleyi değerlendirin:

8.5. Akımın termal etkisi

8.5.1. Akım kaynak gücü

Akım kaynağının görünen gücü:

P dolu = P faydalı + P kayıpları,

burada P faydalı - faydalı güç, P faydalı = I 2 R; P kayıpları - güç kayıpları, P kayıpları = I 2 r; ben devredeki akımdır; R - yük direnci (harici devre); r, akım kaynağının iç direncidir.

Görünen güç, üç formülden biri kullanılarak hesaplanabilir:

P dolu = I 2 (R + r), P dolu = ℰ 2 R + r, P dolu = I ℰ,

burada ℰ, akım kaynağının elektromotor kuvvetidir (EMF).

net güç dış devrede serbest bırakılan güçtür, yani. yükte (direnç) ve bir amaç için kullanılabilir.

Net güç, üç formülden biri kullanılarak hesaplanabilir:

P faydalı = I 2 R, P faydalı = U 2 R, P faydalı = IU,

burada ben devredeki akımdır; U, akım kaynağının terminallerindeki (kelepçeler) voltajdır; R - yük direnci (harici devre).

Güç kaybı, mevcut kaynakta serbest bırakılan güçtür, yani. iç zincirde ve kaynağın kendisinde yer alan süreçlere harcanıyor; başka herhangi bir amaç için, güç kaybı kullanılamaz.

Güç kaybı genellikle formül kullanılarak hesaplanır

P kayıpları = I 2 r,

burada ben devredeki akımdır; r, akım kaynağının iç direncidir.

Kısa devre durumunda net güç sıfıra gider.

P faydalı = 0,

kısa devre durumunda yük direnci olmadığından: R = 0.

Kaynağın kısa devresinde görünen güç, güç kaybıyla çakışır ve formülle hesaplanır.

P dolu = ℰ 2 r,

burada ℰ, akım kaynağının elektromotor kuvvetidir (EMF); r, akım kaynağının iç direncidir.

Kullanışlı gücü vardır maksimum değer yük direncinin R'nin mevcut kaynağın iç direncine r eşit olması durumunda:

R = r.

Maksimum net güç:

P faydalı maks = 0,5 P dolu,

burada P dolu, mevcut kaynağın toplam gücüdür; P dolu = ℰ 2/2 r.

Hesaplama için açık formül maksimum net güç aşağıdaki gibi:

P faydalı maks = ℰ 2 4 r.

Hesapları basitleştirmek için iki noktayı akılda tutmakta fayda var:

• iki yük direnci R 1 ve R 2 ile devrede aynı faydalı güç serbest bırakılırsa, o zaman iç direnç akım kaynağının r, formülle belirtilen dirençlerle ilgilidir

r = R1R2;

• devrede maksimum faydalı güç serbest bırakılırsa, devredeki I * akımı kısa devre akımından iki kat daha azdır i:

ben * = ben 2.

Örnek 15. 5,0 Ohm'luk bir dirence kısa devre ile, hücre pili 2,0 A akım verir. Pilin kısa devre akımı 12 A'dır. Pilin maksimum faydalı gücünü hesaplayın.

Çözüm . Sorunun durumunu analiz edelim.

1. Pil, R 1 = 5.0 Ohm direncine bağlandığında, Şekil 1'de gösterildiği gibi devrede I 1 = 2.0 A'lık bir akım akar. a, tam bir devre için Ohm yasasına göre belirlenir:

ben 1 = ℰ R 1 + r,

burada ℰ, mevcut kaynağın EMF'sidir; r, akım kaynağının iç direncidir.

2. Akü kısa devre yaptığında, kısa devre akımı şekil 2'de gösterildiği gibi devrede akar. B. Kısa devre akımı formülle belirlenir.

burada i kısa devre akımı gücüdür, i = 12 A.

3. Pil, R 2 = r direncine bağlandığında, Şekil 2'de gösterildiği gibi devrede I 2'lik bir akım akar. tam bir devre için Ohm yasasına göre belirlenir:

I 2 = ℰ R2 + r = ℰ 2 r;

bu durumda, devrede maksimum faydalı güç serbest bırakılır:

P faydalı maks = I 2 2 R 2 = I 2 2 r.

Bu nedenle, maksimum faydalı gücü hesaplamak için, akım kaynağı r ve akım I2'nin iç direncini belirlemek gerekir.

Mevcut gücü I 2 bulmak için denklem sistemini yazıyoruz:

ben = ℰ r, ben 2 = ℰ 2 r)

ve denklemlerin bölünmesini gerçekleştirin:

ben 2 = 2.

Bu şu anlama gelir:

ben 2 = ben 2 = 12 2 = 6,0 A.

r kaynağının iç direncini bulmak için denklem sistemini yazıyoruz:

ben 1 = ℰ R 1 + r, ben = ℰ r)

ve denklemlerin bölünmesini gerçekleştirin:

ben 1 ben = r R 1 + r.

Bu şu anlama gelir:

r = I 1 R 1 ben - I 1 = 2.0 ⋅ 5.0 12 - 2.0 = 1.0 Ohm.

Maksimum net gücü hesaplayalım:

P faydalı maks = I 2 2 r = 6,0 2 ⋅ 1,0 = 36 W.

Böylece maksimum kullanılabilir pil gücü 36W'tır.

Bir iletkendeki elektrik akımı, bir elektrik alanının etkisi altında ortaya çıkar ve serbest yüklü parçacıkları yönlü harekete geçmeye zorlar. Bir parçacık akımının yaratılması ciddi bir problemdir. Alanın potansiyel farkını tek bir durumda uzun süre koruyacak böyle bir cihaz inşa etmek, çözümü ancak 18. yüzyılın sonunda insanlığın gücü dahilinde olan bir görevdir.

İlk denemeler

Daha fazla araştırma ve kullanım için ilk "elektrik biriktirme" girişimleri Hollanda'da yapıldı. Leiden kasabasında araştırmalarını yürüten Alman Ewald Jürgen von Kleist ve Hollandalı Peter van Muschenbruck, daha sonra "Leiden bankası" olarak adlandırılan dünyanın ilk kondansatörünü yarattı.

Elektrik yükünün birikmesi, mekanik sürtünme etkisi altında zaten gerçekleşti. İletken üzerinden deşarjı belirli, oldukça kısa bir süre için kullanmak mümkün oldu.

İnsan zihninin elektrik gibi geçici bir madde üzerindeki zaferi devrim niteliğindeydi.

Ne yazık ki deşarj (kapasitörün oluşturduğu elektrik akımı) o kadar kısa sürdü ki, oluşturamadı. Ek olarak, kapasitör tarafından sağlanan voltaj kademeli olarak azalır, bu da sürekli bir akım elde etme olasılığını bırakmaz.

Başka bir yol bulmak gerekliydi.

İlk kaynak

İtalyan Galvani'nin "hayvan elektriği" üzerindeki deneyleri, doğada doğal bir akım kaynağı bulmaya yönelik özgün bir girişimdi. Hazırlanan kurbağaların bacaklarını demir kafesin metal kancalarına asarak sinir uçlarının karakteristik reaksiyonuna dikkat çekti.

Ancak, Galvani'nin sonuçları başka bir İtalyan - Alessandro Volta tarafından reddedildi. Hayvan organizmalarından elektrik elde etme olasılığıyla ilgilenerek kurbağalarla bir dizi deney yaptı. Ancak vardığı sonuç, önceki hipotezlerin tam tersi çıktı.

Volta, canlı bir organizmanın yalnızca elektrik boşalmasının bir göstergesi olduğuna dikkat çekti. Akım akarken, bacak kasları kasılır ve potansiyel bir fark olduğunu gösterir. Elektrik alanının kaynağı, farklı metallerin temasıydı. Kimyasal elementler dizisinde birbirlerinden ne kadar uzaklarsa, etki o kadar büyük olur.

Bir elektrolit çözeltisi ile emprenye edilmiş kağıt disklerle döşenen farklı metal plakalar, uzun süre gerekli potansiyel farkını yarattı. Ve yüksek olmasa bile (1,1 V), elektrik akımı uzun süre incelenebilirdi. Ana şey, gerginliğin aynı uzun süre değişmeden kalmasıdır.

Ne oluyor

Neden "galvanik hücreler" olarak adlandırılan kaynaklarda böyle bir etkiye neden oluyor?

Bir dielektrik içine yerleştirilmiş iki metal elektrot farklı roller oynar. Biri elektronları sağlar, diğeri onları kabul eder. Redoks reaksiyonu işlemi, bir elektrotta negatif kutup adı verilen fazla elektronun ortaya çıkmasına ve ikincisinde bir eksiklik olmasına neden olur, onu kaynağın pozitif kutbu olarak belirleyeceğiz.

En basit galvanik hücrelerde, bir elektrotta oksidasyon reaksiyonları, diğerinde ise indirgeme reaksiyonları gerçekleşir. Elektronlar, devrenin dışından elektrotlara ulaşır. Elektrolit, kaynak içindeki iyon akımının iletkenidir. Direnç kuvveti sürecin süresini kontrol eder.

Bakır-çinko element

Etkisi çinko ve bakır sülfat enerjisinden kaynaklanan bir bakır-çinko galvanik hücre örneğini kullanarak galvanik hücrelerin çalışma prensibini düşünmek ilginçtir. Bu kaynakta, bir çözeltiye bir bakır levha yerleştirilir ve bir çinko sülfat çözeltisine bir çinko elektrot daldırılır. Çözeltiler, karışmayı önlemek için gözenekli bir aralayıcı ile ayrılır, ancak temas halinde olmalıdır.

Devre kapalıysa, çinkonun yüzey tabakası oksitlenir. Bir sıvı ile etkileşim sürecinde, iyonlara dönüşen çinko atomları çözeltide ortaya çıkar. Elektrot üzerinde, akımın oluşumunda yer alabilen elektronlar serbest bırakılır.

Elektronlar bakır elektrota çarptığında indirgeme reaksiyonunda yer alırlar. Bakır iyonları çözeltiden yüzey tabakasına gelirler; indirgeme işlemi sırasında bakır atomlarına dönüşerek bakır levha üzerinde biriktirilirler.

Olanları özetlemek gerekirse: bir galvanik hücrenin çalışma sürecine, devrenin dış kısmı boyunca indirgeyici ajandan oksitleyici ajana elektronların geçişi eşlik eder. Her iki elektrotta da reaksiyonlar devam ediyor. Kaynağın içinde bir iyonik akım akar.

Kullanım zorlukları

Prensip olarak, pillerde olası redoks reaksiyonlarından herhangi biri kullanılabilir. Ancak teknik olarak değerli elementlerde çalışabilen çok fazla madde yoktur. Ayrıca, birçok reaksiyon pahalı maddeler gerektirir.

Modern akümülatörler daha basit bir yapıya sahiptir. Bir elektrolite yerleştirilmiş iki elektrot, kabı doldurur - pil kutusu. Bu tür tasarım özellikleri yapıyı basitleştirir ve pil maliyetini düşürür.

Herhangi bir galvanik hücre, doğru akım üretebilir.

Akımın direnci, tüm iyonların aynı anda elektrotlar üzerinde olmasına izin vermez, bu nedenle eleman uzun süre çalışır. İyon oluşumunun kimyasal reaksiyonları er ya da geç durur, element boşalır.

Mevcut kaynak çok önemlidir.

Direnç hakkında biraz

Elektrik akımının kullanılması, kuşkusuz, bilimsel ve teknolojik ilerlemeyi yeni bir düzeye getirdi, ona devasa bir ivme kazandırdı. Ancak akımın akışına direnmenin gücü bu tür bir gelişmenin önüne geçer.

Elektrik akımı bir yandan günlük yaşamda ve teknolojide kullanılan paha biçilmez özelliklere sahipken, diğer yandan önemli bir muhalefet var. Bir doğa bilimi olarak fizik, bu koşulları uygun hale getirmek için bir denge kurmaya çalışır.

Akım direnci, elektrik yüklü parçacıkların içinde hareket ettikleri madde ile etkileşimi nedeniyle ortaya çıkar. Normal sıcaklık koşulları altında bu işlemi hariç tutmak imkansızdır.

Direnç

Akım kaynağı ve devrenin dış kısmının karşıtlığı biraz farklı niteliktedir, ancak bu işlemlerde yükü hareket ettirmek için yapılan iş aynıdır.

İşin kendisi sadece kaynağın özelliklerine ve doldurulmasına bağlıdır: elektrotların ve elektrolitin nitelikleri ve ayrıca direnci malzemenin geometrik parametrelerine ve kimyasal özelliklerine bağlı olan devrenin dış kısımları için. Örneğin, bir metal telin direnci, uzunluğu arttıkça artar ve kesit alanı genişledikçe azalır. Direncin nasıl azaltılacağı sorununu çözerken, fizik özel malzemelerin kullanılmasını önerir.

çalışma akımı

Joule-Lenz yasasına göre iletkenlerde dirençle orantılı olarak bir miktar ısı açığa çıkar. Isı miktarı Q int ile gösterilirse. , akım I, akış zamanı t, sonra şunu elde ederiz:

• Q int. = ben 2 r t,

burada r, akım kaynağının iç direncidir.

Hem iç hem de dış parçaları dahil olmak üzere tüm devrede, formülü şu şekilde olan toplam ısı miktarı salınacaktır:

• Q toplam = I 2 r t + I 2 R t = I 2 (r + R) t,

Fizikte direncin nasıl ifade edildiği bilinmektedir: harici bir devre (kaynak dışındaki tüm elemanlar) bir R direncine sahiptir.

Tam bir devre için Ohm yasası

Asıl işin mevcut kaynağın içindeki dış güçler tarafından yapıldığını dikkate alalım. Değeri, alan tarafından taşınan yükün ürününe ve kaynağın elektromotor kuvvetine eşittir:

• q E = I 2 (r + R) t.

Yükün, mevcut kuvvetin ve akış süresinin ürününe eşit olduğunu fark ederek, elimizde:

• E = I (r + R).

Nedensel ilişkilere göre, Ohm yasası şu şekildedir:

• ben = E: (r + R).

Kapalı bir devrede akım kaynağının EMF'si ile doğru orantılı ve devrenin toplam (toplam) direnci ile ters orantılıdır.

Bu modele dayanarak, akım kaynağının iç direncini belirlemek mümkündür.

Kaynağın deşarj kapasitesi

Kaynakların temel özellikleri deşarj kapasitesini içerir. Belirli koşullar altında çalışma sırasında elde edilebilecek maksimum elektrik miktarı, deşarj akımının gücüne bağlıdır.

İdeal olarak, belirli yaklaşımlar yerine getirildiğinde, deşarj kapasitesi sabit kabul edilebilir.

Örneğin, 1,5 V potansiyel farkı olan standart bir pil, 0,5 Ah deşarj kapasitesine sahiptir. Deşarj akımı 100mA ise 5 saat çalışacaktır.

Pil şarj yöntemleri

Pilleri kullanmak onları tüketecektir. küçük boyutlu hücreler, gücü kaynak kapasitesinin onda birini aşmayan bir akım kullanılarak şarj edilir.

Aşağıdaki şarj yöntemleri sunulmaktadır:

• belirli bir süre için sabit bir akım kullanarak (0,1 pil kapasiteli bir akımla yaklaşık 16 saat);
• potansiyel farkın önceden belirlenmiş bir değerine azalan bir akımla şarj etme;
• dengesiz akımların kullanımı;
• ilkinin süresinin ikincinin zamanını aştığı kısa şarj ve deşarj darbelerinin sıralı uygulaması.

Pratik iş

Önerilen görev: mevcut kaynağın ve EMF'nin iç direncini belirlemek.

Bunu tamamlamak için bir akım kaynağı, bir ampermetre, bir voltmetre, bir sürgülü reosta, bir anahtar, bir dizi iletken üzerinde stok yapmanız gerekir.

Kullanım, akım kaynağının iç direncini belirleyecektir. Bunu yapmak için, reostanın direncinin değeri olan EMF'sini bilmeniz gerekir.

Devrenin dış kısmındaki akım direnci için hesaplanan formül, devrenin bir bölümü için Ohm yasasından belirlenebilir:

• ben = U: R,

burada ben, bir ampermetre ile ölçülen devrenin dış kısmındaki akımdır; U, dış direnç üzerindeki voltajdır.

Doğruluğu artırmak için ölçümler en az 5 kez alınır. Bu ne için? Deney sırasında ölçülen voltaj, direnç, akım (veya daha doğrusu akım gücü) ayrıca kullanılır.

Akım kaynağının EMF'sini belirlemek için, anahtar açıkken terminallerindeki voltajın pratik olarak EMF'ye eşit olduğu gerçeğini kullanacağız.

Seri bağlı bir pil zinciri, bir reosta, bir ampermetre, bir anahtar oluşturalım. Akım kaynağının terminallerine bir voltmetre bağlarız. Anahtarı açtıktan sonra okumalarını alıyoruz.

Formülü Ohm yasasından tam bir devre için elde edilen iç direnç, matematiksel hesaplamalarla belirlenir:

• ben = E: (r + R).
• r = E: I - U: I.

Ölçümler, iç direncin dıştan çok daha az olduğunu göstermektedir.

Akümülatörlerin ve pillerin pratik işlevi yaygın olarak kullanılmaktadır. Elektrik motorlarının tartışılmaz çevre güvenliği şüphesizdir, ancak geniş, ergonomik bir pil oluşturmak modern fiziğin bir sorunudur. Çözümü, otomotiv teknolojisinin geliştirilmesinde yeni bir döneme öncülük edecek.

Küçük, hafif, yüksek kapasiteli şarj edilebilir piller, mobil elektronik cihazlarda da önemlidir. İçlerinde kullanılan enerjinin temini, cihazların performansı ile doğrudan ilişkilidir.

İletkenin ve dolayısıyla akımın uçlarında, elektrik yüklerinin ayrılmasının gerçekleştiği elektriksel olmayan bir yapıya sahip dış kuvvetlerin varlığı gereklidir.

dış güçler elektrostatik (yani, Coulomb kuvvetleri) hariç, devredeki elektrik yüklü parçacıklara etkiyen herhangi bir kuvvete denir.

Tüm akım kaynaklarının içindeki yüklü parçacıkları harekete geçiren dış kuvvetler: jeneratörlerde, enerji santrallerinde, galvanik hücrelerde, pillerde vb.

Bir devre kapatıldığında, devrenin tüm iletkenlerinde bir elektrik alanı oluşur. Akım kaynağının içinde, yükler dış kuvvetlerin etkisi altında Coulomb kuvvetlerine karşı hareket eder (elektronlar pozitif yüklü bir elektrottan negatif olana hareket eder) ve devrenin geri kalanında bir elektrik alanı tarafından yönlendirilirler (yukarıdaki şekle bakın). ).

Akım kaynaklarında, yüklü parçacıkların ayrıştırılması sürecinde çeşitli enerji türleri elektrik enerjisine dönüştürülür. Dönüştürülen enerji türüne göre, aşağıdaki elektromotor kuvvet türleri ayırt edilir:

- elektrostatik- sürtünme sırasında mekanik enerjinin elektrik enerjisine dönüştürüldüğü bir elektrofor makinesinde;

- termoelektrik- bir termoelemanda - farklı metallerden yapılmış iki telin ısıtılmış bir bağlantısının iç enerjisi elektrik enerjisine dönüştürülür;

- fotovoltaik- fotoselde. Burada, ışık enerjisinin elektrik enerjisine dönüşümü gerçekleşir: örneğin selenyum, bakır (I) oksit, silikon gibi belirli maddeleri aydınlatırken, negatif elektrik yükü kaybı gözlenir;

- kimyasal- kimyasal enerjinin elektrik enerjisine dönüşümünün gerçekleştiği galvanik hücrelerde, pillerde ve diğer kaynaklarda.

Elektromotor kuvvet (EMF)- mevcut kaynakların özellikleri. EMF kavramı, doğru akım devreleri için 1827'de G. Ohm tarafından tanıtıldı. 1857'de Kirchhoff, EMF'yi kapalı bir devre boyunca tek bir elektrik yükünün transferi sırasında dış kuvvetlerin işi olarak tanımladı:

ɛ = A st / q,

nerede ɛ - Akım kaynağının EMF'si, bir st- dış güçlerin işi, Q- yerinden edilen ücret miktarı.

Elektromotor kuvvet volt olarak ifade edilir.

Devrenin herhangi bir yerindeki elektromotor kuvvet hakkında konuşabilirsiniz. Bu, tüm devrede değil, sadece bu alanda dış kuvvetlerin (birim yükü hareket ettirmek için yapılan iş) özel işidir.

Akım kaynağının iç direnci.

Bir akım kaynağından (örneğin bir galvanik hücre, pil veya jeneratör) ve dirençli bir dirençten oluşan basit bir kapalı devre olsun. r... Kapalı bir devrede akım hiçbir yerde kesilmez, dolayısıyla akım kaynağının içinde de bulunur. Herhangi bir kaynak, akım için bir miktar direnci temsil eder. denir akım kaynağının iç direnci ve harfle gösterilir r.

jeneratörde r- bu, bir galvanik hücredeki sargının direncidir - elektrolit çözeltisinin ve elektrotların direnci.

Böylece, mevcut kaynak, kalitesini belirleyen EMF ve iç direnç değerleri ile karakterize edilir. Örneğin, elektrostatik makineler çok yüksek bir EMF'ye (on binlerce volta kadar) sahiptir, ancak iç dirençleri çok büyüktür (yüz Mohm'a kadar). Bu nedenle yüksek akımları almaya uygun değildirler. Galvanik hücrelerde EMF sadece yaklaşık 1 V'tur, ancak diğer yandan iç direnç de düşüktür (yaklaşık 1 Ohm veya daha az). Bu, yardımlarıyla amper cinsinden ölçülen akımları elde etmeyi mümkün kılar.