Sabit elektrik akımı. Akım kaynağının EMF'si ve akım kaynağının iç direnci. iç direnç nedir

EMF ve voltaj. Güç kaynaklarının iç direnci.
Eğitim programı yani eğitim programı!
Ohm kanunu. Demek istediğim bu.
Ohm kanunu hakkında zaten konuştuk. Tekrar konuşalım - biraz farklı bir açıdan. Ohm yasası, fiziksel ayrıntılara girmeden ve basit kedi dilinde konuşmadan şunları söylüyor: daha fazla emf. (elektromotor kuvvet), akım ne kadar büyükse, direnç o kadar büyük, akım o kadar az olur.
Bu büyüyü kuru formüllerin diline çevirerek şunları elde ederiz:

ben = E / R

nerede: I - mevcut güç, E - EDS. - elektromotor kuvveti R - direnç
Akım amper, emf cinsinden ölçülür. - volt olarak ve direnç yoldaş Ohm'un gururlu adını taşıyor. - bu, iç direncinin sonsuz küçük olduğu düşünülen ideal bir jeneratörün bir özelliğidir. Gerçek hayatta, bu nadiren olur, bu nedenle Ohm'un bir seri devre yasası (bize daha tanıdık) yürürlüğe girer:

ben = U / R

burada: U, kaynağın doğrudan terminallerindeki voltajıdır.
Basit bir örneğe bakalım.
Bir emf kaynağı şeklinde sıradan bir pil düşünelim. ve pilin iç direncini kişileştirecek seri olarak bağlı bir direnç. Aküye paralel bir voltmetre bağlarız. Giriş direnci, pilin iç direncinden çok daha büyüktür, ancak sonsuz büyük değildir - yani, içinden akım geçer. Voltmetrenin gösterdiği voltaj değeri emf değerinden küçük olacaktır. sadece belirli bir akımda dahili hayali direnç boyunca voltaj düşüşünün miktarı ile, ancak yine de, pilin voltajı olarak alınan bu değerdir.
Bu durumda, son gerilme formülü aşağıdaki gibi olacaktır:

U (baht) = E-U (int)

Zamanla tüm pillerin iç direnci arttığından, iç direnç boyunca voltaj düşüşü de artar. Bu durumda akü terminallerindeki voltaj düşer. Miyav!
Hallettim!
Aküye voltmetre yerine ampermetre bağlarsanız ne olur? Ampermetrenin içsel direnci sıfıra eğilim gösterdiğinden, aslında akünün iç direncinden geçen akımı ölçeceğiz. Kaynağın iç direnci çok küçük olduğundan, bu durumda ölçülen akım birkaç amper değerine ulaşabilir.
Ancak, kaynağın iç direncinin diğerleri ile aynı devre elemanı olduğuna dikkat edilmelidir. Bu nedenle, yük akımındaki bir artışla, iç direnç boyunca voltaj düşüşü de artacak ve bu da yük boyunca voltajda bir azalmaya yol açacaktır. Ya da biz radyo kedileri olarak kendimizi ifade etmeyi severiz - bir dezavantaja.
Yükteki değişimin kaynağın çıkış gerilimini mümkün olduğunca az etkilemesi için iç direnci en aza indirilmeye çalışılır.
Seri devrenin elemanlarını seçebilirsiniz, böylece herhangi birinde orijinaline kıyasla istediğiniz kadar azaltılmış bir voltaj elde edersiniz.

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 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 36 W'tır.

Elektrik çağında, muhtemelen, elektrik akımının varlığından haberdar olmayacak böyle bir insan yoktur. Ancak okul fizik dersinden çok az kişi miktarların adından daha fazlasını hatırlıyor: akım gücü, voltaj, direnç, Ohm yasası. Ve sadece çok azı bu kelimelerin anlamını hatırlıyor.

Bu yazımızda elektrik akımının nasıl ortaya çıktığını, bir devre üzerinden nasıl iletildiğini ve bu miktarın hesaplamalarda nasıl kullanılacağını ele alacağız. Ancak ana kısma geçmeden önce, elektrik akımının ve kaynaklarının keşfinin tarihine ve ayrıca elektromotor kuvvetinin tanımına dönelim.

Tarih

Bir enerji kaynağı olarak elektrik, eski zamanlardan beri bilinmektedir, çünkü doğanın kendisi onu büyük hacimlerde üretir. En iyi örnek yıldırım veya elektrik ışınıdır. İnsana bu yakınlığa rağmen, bu enerjiyi frenlemek ancak 17. yüzyılın ortalarında mümkün oldu: Magdeburg'lu belediye başkanı Otto von Guericke, elektrostatik yük üretebilen bir makine yarattı. On sekizinci yüzyılın ortalarında, Hollandalı bir bilim adamı Peter von Muschenbruck, çalıştığı üniversiteden sonra Leiden Bank adını taşıyan dünyanın ilk elektrik kondansatörünü yarattı.

Belki de elektriğe adanmış gerçek keşifler çağının geri sayımı, sırasıyla kaslardaki elektrik akımlarını ve sözde galvanik hücrelerde akımın oluşumunu inceleyen Luigi Galvani ve Alessandro Volta'nın çalışmalarıyla başlamak gelenekseldir. Daha fazla araştırma, elektrik ve manyetizma arasındaki bağlantının yanı sıra, bugün hayatımızı onsuz hayal etmenin imkansız olduğu birkaç çok faydalı fenomene (elektromanyetik indüksiyon gibi) gözlerimizi açtı.

Ancak manyetik fenomenleri araştırmayacağız ve sadece elektriksel olanlar üzerinde durmayacağız. Öyleyse, galvanik hücrelerde elektriğin nasıl göründüğüne ve neyle ilgili olduğuna bir göz atalım.

Galvanik hücre nedir?

Bileşenleri arasında meydana gelen kimyasal reaksiyonlar nedeniyle elektrik ürettiğini söyleyebiliriz. En basit galvanik hücre Alessandro Volta tarafından icat edildi ve onun adını bir volta direğiyle aldı. Birbiriyle değişen birkaç katmandan oluşur: bir bakır levha, iletken bir conta (ev tasarımında, tuzlu suya batırılmış pamuk yünü kullanılır) ve bir çinko levha.

Kendisinde ne gibi tepkiler oluyor?

Galvanik bir hücre kullanarak elektrik elde etmemizi sağlayan süreçlere daha yakından bakalım. Bu tür sadece iki dönüşüm vardır: oksidasyon ve indirgeme. Bir indirgeyici madde olan bir element oksitlendiğinde, elektronları başka bir elemente verir - bir oksitleyici madde. Oksidan da elektronları kabul ederek indirgenir. Böylece yüklü parçacıkların bir plakadan diğerine hareketi gerçekleşir ve buna bildiğiniz gibi elektrik akımı denir.

Şimdi sorunsuzca bu makalenin ana konusuna geçelim - mevcut kaynağın EMF'si. Ve önce, bu elektromotor kuvvetin (EMF) ne olduğunu düşünelim.

EMF nedir?

Bu değer, yük kapalı bir elektrik devresi boyunca hareket ettiğinde gerçekleştirilen kuvvetlerin işi (yani "iş") olarak gösterilebilir. Çoğu zaman, suçlamanın mutlaka pozitif ve tek olması gerektiğine dair açıklamalar da yaparlar. Ve bu önemli bir eklemedir, çünkü yalnızca bu koşullar altında elektromotor kuvveti kesin ölçülebilir bir miktar olarak kabul edilebilir. Bu arada, voltajla aynı birimlerde ölçülür: volt (V).

Mevcut kaynağın EMF'si

Bildiğiniz gibi her akümülatör veya pilin sunabilecekleri kendi direnç değeri vardır. Bu değer, akım kaynağının EMF'si, pilin veya akümülatörün dahil olduğu devre boyunca yükü hareket ettirmek için dış kuvvetler tarafından ne iş yapıldığını gösterir.

Ayrıca kaynağın ne tür bir akım ürettiğini açıklamaya değer: sabit, değişken veya darbeli. Akümülatörler ve piller dahil olmak üzere galvanik hücreler her zaman yalnızca sabit elektrik akımı üretir. Bu durumda akım kaynağının EMF'si, kaynağın kontaklarındaki çıkış voltajına eşit büyüklükte olacaktır.

Şimdi, genel olarak EMF gibi bir değere neden ihtiyaç duyulduğunu, elektrik devresinin diğer değerlerini hesaplarken nasıl kullanılacağını anlamanın zamanı geldi.

EMF formülü

Mevcut kaynağın EMF'sinin, yükü hareket ettirmek için dış kuvvetlerin çalışmasına eşit olduğunu zaten bulduk. Daha fazla açıklık için, bu değerin formülünü yazmaya karar verdik: E = A dış kuvvetler / q, burada A iştir ve q, işin yapıldığı yüktür. Lütfen tek bir ücretin değil, toplam ücretin alındığını unutmayın. Bu, iletkendeki tüm yükleri hareket ettirmek için kuvvetlerin işini göz önünde bulundurduğumuz için yapılır. Ve ne kadar yüklü parçacık alırsanız alın, her biri için belirli iş miktarı aynı olacağından, işin yüke olan bu oranı belirli bir kaynak için her zaman sabit olacaktır.

Gördüğünüz gibi, elektromotor kuvvetin formülü o kadar karmaşık değil ve sadece iki miktardan oluşuyor. Bu makaleden kaynaklanan ana sorulardan birine geçmenin zamanı geldi.

Neden EMF'ye ihtiyacınız var?

EMF ve voltajın aslında aynı miktarlar olduğu zaten söylenmişti. EMF'nin değerlerini ve mevcut kaynağın iç direncini biliyorsak, bunları tam bir devre için Ohm yasasına koymak kolay olacaktır, bu şuna benzer: I = e / (R + r), burada I akım gücüdür, e EMF'dir, R devre direncidir, r akım kaynağının iç direncidir. Buradan devrenin iki özelliğini bulabiliriz: I ve R. Tüm bu argümanların ve formüllerin sadece bir doğru akım devresi için geçerli olduğuna dikkat edilmelidir. Bir değişken durumunda, kendi salınım yasalarına uyduğu için formüller tamamen farklı olacaktır.

Ancak yine de mevcut kaynağın EMF'sinin hangi uygulamaya sahip olduğu belirsizliğini koruyor. Bir zincirde, kural olarak, işlevlerini yerine getiren birçok unsur vardır. Herhangi bir telefonda, aynı zamanda bir elektrik devresinden başka bir şey olmayan bir kart vardır. Ve bu tür her devrenin çalışması için bir akım kaynağı gerekir. Ve EMF'sinin devrenin tüm elemanları için parametreler açısından uygun olması çok önemlidir. Aksi takdirde devre, içindeki yüksek voltaj nedeniyle ya çalışmayı durduracak ya da yanacaktır.

Çözüm

Bu makalenin birçokları için faydalı olduğunu düşünüyoruz. Gerçekten de, modern dünyada bizi çevreleyen şey hakkında mümkün olduğunca çok şey bilmek çok önemlidir. Elektrik akımının doğası ve devrelerdeki davranışı hakkında temel bilgileri içerir. Ve elektrik devresi diye bir şeyin sadece laboratuvarlarda kullanıldığını düşünüyorsanız ve bundan çok uzaksanız, o zaman çok yanılıyorsunuz: Elektrik tüketen tüm cihazlar aslında devrelerden oluşuyor. Ve her birinin bir EMF yaratan kendi akım kaynağı vardır.

Örneğin bir jeneratör, galvanik hücre veya pil gibi bir akım kaynağı ve R dirençli bir direnç içeren basit bir elektriksel kapalı devre olduğunu varsayalım. Devredeki akım herhangi bir yerde kesilmediği için kaynağın içinde de akar.

Böyle bir durumda, herhangi bir kaynağın akımı engelleyen bir iç direnci olduğunu söyleyebiliriz. Bu dahili direnç, mevcut kaynağı karakterize eder ve r harfi ile gösterilir. Bir pil veya bir pil için, iç direnç, bir jeneratör için elektrolit çözeltisinin ve elektrotların direncidir - stator sargılarının direnci vb.

Böylece, mevcut kaynak hem EMF'nin büyüklüğü hem de kendi iç direncinin değeri ile karakterize edilir r - bu özelliklerin her ikisi de kaynağın kalitesini gösterir.

Örneğin, elektrostatik yüksek voltaj jeneratörleri (Van de Graaff jeneratörü veya Wimshurst jeneratörü gibi), milyonlarca voltla ölçülen devasa bir EMF ile ayırt edilirken, iç dirençleri yüzlerce megohm ile ölçülür, bu nedenle uygun değildirler. yüksek akımlar alıyor.

Aksine, galvanik hücreler (bir pil gibi), iç dirençleri kesir mertebesinde veya maksimum on ohm olmasına rağmen, 1 volt mertebesinde bir EMF'ye sahiptir ve bu nedenle, birimlerin akımları ve onlarca amper olabilir. galvanik hücrelerden elde edilebilir.

Bu şema, bağlı yük ile gerçek bir kaynağı göstermektedir. Burada, yükün direncinin yanı sıra iç direnci de belirtilmiştir. Bu devredeki akıma göre şuna eşit olacaktır:

Harici devrenin bölümü homojen olduğundan, Ohm yasasından yük üzerindeki voltajı bulabiliriz:

Birinci denklemden yük direncini ifade ederek ve değerini ikinci denklemde yerine koyarak, kapalı bir devrede yük üzerindeki voltajın akıma bağımlılığını elde ederiz:

Kapalı bir döngüde, EMF, harici devrenin elemanları üzerindeki ve kaynağın kendi iç direnci üzerindeki voltaj düşüşlerinin toplamına eşittir. Yük akımı üzerindeki yük üzerindeki voltajın bağımlılığı, ideal durumda doğrusaldır.

Grafik bunu gösterir, ancak gerçek bir direnç üzerindeki deneysel veriler (grafiğe yakın çaprazlar) her zaman idealden farklıdır:

Deneyler ve mantık, sıfır yük akımında, dış devredeki voltajın kaynağın EMF'sine eşit olduğunu ve sıfır yük voltajında ​​devredeki akımın olduğunu göstermektedir. Gerçek devrelerin bu özelliği, gerçek kaynakların EMF'sini ve iç direncini deneysel olarak bulmaya yardımcı olur.

İç Direncin Deneysel Bulgusu

Bu özellikleri deneysel olarak belirlemek için, yükün karşısındaki voltajın akımın büyüklüğüne bağımlılığının bir grafiği oluşturulur, ardından eksenlerle kesişme noktasına tahmin edilir.

Grafiğin gerilim omurgası ile kesişme noktasında kaynağın EMF değeri bulunur ve akım ekseni ile kesişme noktasında kısa devre akımının değeri bulunur. Sonuç olarak, iç direnç şu formülle bulunur:

Kaynak tarafından geliştirilen faydalı güç, yükte tahsis edilir. Bu gücün yük direncine bağımlılığının grafiği şekilde gösterilmiştir. Bu eğri, sıfır noktasında koordinat eksenlerinin kesişiminden başlar, daha sonra maksimum güç değerine yükselir, ardından sonsuzluğa eşit bir yük direnci ile sıfıra düşer.

Maksimum gücün teorik olarak belirli bir kaynakla gelişeceği maksimum yük direncini bulmak için, güç formülünün R'deki türevi alınır ve sıfıra eşitlenir. Harici devrenin direnci kaynağın iç direncine eşit olduğunda maksimum güç gelişecektir:

R = r'deki maksimum güçle ilgili bu hüküm, yükte salınan gücün yük direnci değerine bağımlılığını çizerek kaynağın iç direncini deneysel olarak bulmanızı sağlar. Maksimum gücü sağlayan teorik değil gerçek yük direncini bulduktan sonra, güç kaynağının gerçek iç direncini belirleyin.

Akım kaynağının verimliliği, yüke tahsis edilen maksimum gücün şu anda geliştirilmekte olan toplam güce oranını gösterir.

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 Jurgen 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 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.