Rintangan dalaman sumber semasa. Rintangan adalah formula

Arus elektrik di konduktor timbul di bawah pengaruh medan elektrik, yang memaksa zarah-zarah yang dikenakan bebas untuk bergerak ke arah arah. Mencipta arus zarah adalah masalah yang serius. Untuk membina alat sedemikian, yang akan memelihara perbezaan potensi lapangan untuk waktu yang lama dalam satu keadaan - satu tugas yang penyelesaiannya berada di bawah kuasa manusia hanya pada akhir abad ke-18.

Percubaan pertama

Percubaan pertama untuk "menjimatkan elektrik" untuk penyelidikan dan penggunaan selanjutnya dibuat di Belanda. Jerman Ewald Jurgen von Kleist dan orang Belanda Peter van Mushenbrook, yang menjalankan kajian mereka di bandar Leiden, mencipta pemeluwap pertama di dunia, kemudian dipanggil "balang Leiden."

Pengumpulan caj elektrik sudah berada di bawah pengaruh geseran mekanikal. Pelepasan melalui konduktor boleh digunakan untuk jangka waktu yang singkat.

Kemenangan minda manusia terhadap bahan semacam itu seperti elektrik ternyata menjadi revolusioner.

Malangnya, pelepasan (arus elektrik yang dihasilkan oleh kapasitor) berlangsung begitu singkat sehingga ia tidak dapat menghasilkan arus malar . Di samping itu, voltan yang diberikan oleh kapasitor secara beransur-ansur berkurangan, yang tidak meninggalkan kemungkinan mendapatkan arus berterusan.

Ia perlu mencari cara lain.

Sumber pertama

Eksperimen Galvani Itali mengenai kajian "elektrik haiwan" adalah percubaan asal untuk mencari sumber semulajadi yang semula jadi. Menggantung kaki katak-katak yang telah disediakan pada cangkuk logam dari kisi besi, dia menarik perhatian kepada tindak balas ciri-ciri akhir saraf.

Walau bagaimanapun, kesimpulan Galvani ditolak oleh bahasa Itali lain - Alessandro Volta. Berminat dengan kemungkinan menerima elektrik daripada organisma haiwan, beliau menjalankan beberapa eksperimen dengan katak. Tetapi kesimpulannya adalah bertentangan sepenuhnya dengan hipotesis sebelumnya.

Volta menarik perhatian kepada fakta bahawa organisma hidup hanya penunjuk pelepasan elektrik. Apabila lulus semasa, otot kaki dipendekkan, menunjukkan perbezaan potensi. Sumber medan elektrik adalah sentuhan logam yang berbeza. Lebih jauh lagi mereka berada dalam satu siri unsur kimia, kesannya lebih ketara.

Plat logam yang berbeza, empuk dengan cakera kertas yang dilarutkan dengan larutan elektrolit, mencipta masa yang lama perbezaan yang diperlukan dalam potensi. Dan biarkan ia rendah (1.1 V), tetapi arus elektrik boleh disiasat untuk jangka masa yang panjang. Perkara utama ialah ketegangan tetap tidak berubah selama ini.

Apa yang berlaku

Kenapa sumber yang dipanggil "sel galvanik" menyebabkan kesan sedemikian?

Dua elektrod logam yang diletakkan di dalam pemilihan dielektrik memainkan peranan yang berlainan. Satu bekalan elektron, yang lain membawanya. Proses reaksi pengurangan oksidasi membawa kepada penampilan lebihan elektron pada satu elektrod, yang disebut tiang negatif, dan kecacatan pada kedua, yang kami sebut sebagai tiang positif sumber.

Dalam sel galvanik yang paling mudah, tindak balas oksidatif berlaku pada satu elektrod, mengurangkan reaksi pada yang lain. Elektron datang ke elektrod dari luar litar. Elektrolit adalah konduktor arus ion di dalam sumbernya. Kekuatan rintangan membimbing tempoh proses.

Unsur tembaga-zink

Prinsip tindakan sel galvanik menarik untuk dipertimbangkan pada contoh sel galvanik tembaga-zin, yang tindakannya diambil kira tenaga zink dan tembaga sulfat. Dalam sumber ini, plat tembaga diletakkan dalam larutan sulfat tembaga, dan elektrod zink dibenamkan dalam larutan zink sulfat. Penyelesaian dipisahkan oleh gasket berliang untuk mencegah pencampuran, tetapi mesti bersentuhan.

Sekiranya litar ditutup, lapisan permukaan zink dioksidakan. Dalam proses interaksi dengan cecair, atom zink, setelah berubah menjadi ion, muncul dalam larutan. Elektron dibebaskan pada elektrod, yang boleh mengambil bahagian dalam pembentukan arus.

Mendapatkan elektrod tembaga, elektron mengambil bahagian dalam reaksi pemulihan. Ion tembaga datang dari penyelesaian kepada lapisan permukaan, mereka ditukarkan menjadi atom tembaga semasa proses pengurangan, mendepositkan pada plat tembaga.

Huraikan apa yang sedang berlaku: proses pengoperasian sel galvanik disertai oleh peralihan elektron ejen pengurangan ke oksida di sepanjang bahagian luar rantai. Reaksi berlaku pada kedua-dua elektrod. Di dalam sumbernya, arus ion mengalir.

Kesukaran penggunaan

Pada dasarnya, sebarang reaksi pengurangan oksidasi yang mungkin boleh digunakan dalam bateri. Tetapi tidak banyak bahan yang boleh berfungsi dalam elemen teknikal yang berharga. Selain itu, banyak reaksi memerlukan kos bahan mahal.

Bateri moden mempunyai struktur yang lebih mudah. Dua elektrod diletakkan dalam satu elektrolit mengisi kapal - kes bateri. Ciri-ciri reka bentuk itu memudahkan struktur dan mengurangkan kos bateri.

Mana-mana sel galvanik mampu menghasilkan arus malar.

Rintangan semasa tidak membenarkan semua ion berada pada elektrod pada masa yang sama, jadi elemen berfungsi cukup lama. Reaksi kimia pembentukan ion cepat atau lambat terhenti, elemen tersebut dilepaskan.

Rintangan dalaman sumber semasa sangat penting.

Sedikit tentang rintangan

Penggunaan arus elektrik, tidak diragukan lagi, membawa kemajuan saintifik dan teknikal ke tahap yang baru, memberinya teguran yang luar biasa. Tetapi kekuatan rintangan terhadap arus arus menjadi cara pembangunan sedemikian.

Dalam satu tangan, arus elektrik mempunyai sifat yang tidak ternilai yang digunakan dalam kehidupan seharian dan teknologi, di pihak yang lain - terdapat pembangkang yang besar. Fizik sebagai sains alam berusaha mencipta keseimbangan, untuk menyelaraskan keadaan ini.

Rintangan arus timbul daripada interaksi zarah-zarah yang dikenakan elektrik dengan bahan yang bergerak. Tidak mustahil untuk mengecualikan proses ini dalam keadaan suhu biasa.

Rintangan

Rintangan dalaman sumber semasa dan penolakan bahagian luar litar mempunyai sifat yang agak berbeza, tetapi yang sama dalam proses ini adalah pencapaian kerja pemindahan pemindahan.

Kerja itu sendiri hanya bergantung kepada sifat-sifat sumber dan pengisiannya: sifat-sifat elektroda dan elektrolit, dan juga untuk luaran bahagian litar yang ketahanannya bergantung pada parameter geometrik dan ciri kimia bahan. Contohnya, rintangan dawai logam meningkat dengan peningkatan panjang dan berkurangan dengan pengembangan kawasan keratan rentas. Apabila menyelesaikan masalah bagaimana untuk mengurangkan rintangan, fizik mengesyorkan penggunaan bahan khusus.

Operasi Semasa

Menurut undang-undang Joule-Lenz, jumlah haba dalam konduktor adalah berkadar dengan rintangan. Jika kuantiti haba adalah _dalaman Q. , Semasa saya, masa ia mengalir, t, kita dapat:

• Q _int. = I ^{2 ·} R · t,

Di mana r ialah rintangan dalaman sumber semasa.

Dalam rantaian keseluruhan, termasuk kedua-dua bahagian dalaman dan luaran, jumlah haba akan dikeluarkan, formula yang mempunyai bentuk:

• Q _total = I ^{2 ·} R · t + I ^{2 ·} R · t = I ^{2 ·} (R + R) t,

Ia diketahui bagaimana rintangan dalam fizik dilambangkan: litar luaran (semua unsur kecuali sumber) mempunyai rintangan R.

Undang-undang Ohm untuk rantai lengkap

Kami akan mengambil kira bahawa kerja utama dilakukan oleh pasukan luar di dalam sumber semasa. Magnitudnya adalah sama dengan produk muatan yang dibawa oleh medan dan daya elektromotip sumbernya:

• Q · E = I ² · (R + R) t.

Menyedari bahawa caj itu adalah sama dengan produk kekuatan semasa pada masa alirannya, kami mempunyai:

• E = I · (r + R).

Selaras dengan hubungan sebab-sebab, undang-undang Ohm mempunyai bentuk:

• I = E: (r + R).

Arus dalam litar tertutup adalah berkadar terus dengan emf sumber semasa dan berkadar songsang dengan jumlah impedans litar.

Berdasarkan corak ini, adalah mungkin untuk menentukan rintangan dalaman sumber semasa.

Kapasiti pelepasan sumber

Ciri-ciri utama sumber termasuk kapasiti pelepasan. Jumlah maksimum elektrik yang diterima semasa operasi dalam keadaan tertentu bergantung kepada kekuatan semasa pelepasan.

Dalam kes yang ideal, apabila perkiraan tertentu dilakukan, kapasitakan pelepasan boleh dianggap tetap.

Sebagai contoh, bateri standard dengan perbezaan potensi 1.5 V mempunyai kapasiti pelepasan 0.5 Ah. Jika arus pelepasan adalah 100 mA, maka ia berfungsi selama 5 jam.

Kaedah pengecasan bateri

Operasi bateri membawa kepada pelepasan mereka. Pemulihan akumulator, pengisian elemen bersaiz kecil dilakukan dengan cara arus, nilai daya yang tidak melebihi sepersepuluh dari kapasiti sumber.

Kaedah pengecasan berikut boleh didapati:

• Penggunaan arus tidak berubah untuk masa yang diberikan (kira-kira 16 jam dengan arus 0.1 kapasiti bateri);
• Mengecas dengan arus turun ke nilai yang ditentukan sebelumnya dari perbezaan potensi;
• Penggunaan arus tidak seimbang;
• Permohonan berturut-turut denyut nadi pendek dan pelepasan, di mana masa pertama melebihi masa yang kedua.

Kerja praktikal

Tugas tersebut dicadangkan: untuk menentukan rintangan dalaman sumber semasa dan EMF.

Untuk melaksanakannya, anda perlu menyimpan sumber semasa, ammeter, voltmeter, slider rheostat, kunci, satu set konduktor.

Menggunakan undang-undang Ohm untuk litar tertutup akan menentukan rintangan dalaman sumber semasa. Untuk ini, perlu diketahui EMFnya, nilai rintangan rheostat.

Formula rintangan semasa yang dikira di bahagian luar litar boleh ditentukan dari undang-undang Ohm untuk bahagian rantaian:

• I = U: R,

Di mana saya adalah arus di bahagian luar litar, diukur oleh ammeter; U adalah voltan pada rintangan luaran.

Untuk meningkatkan ketepatan pengukuran dibuat sekurang-kurangnya 5 kali. Apa untuknya? Diukur dalam perjalanan eksperimen, voltan, rintangan, arus (atau sebaliknya, semasa) digunakan kemudian.

Untuk menentukan EMF sumber semasa, mari kita gunakan fakta bahawa voltan pada terminalnya dengan kunci terbuka hampir sama dengan EMF.

Kami akan memasang rantaian bateri, rheostat, ammeter dan siri utama. Sambungkan voltmeter ke terminal sumber semasa. Setelah membuka kunci, kami mengambil keterangannya.

Rintangan dalaman, formula yang diperoleh dari hukum Ohm untuk rangkaian lengkap, ditentukan oleh pengiraan matematik:

• I = E: (r + R).
• R = E: I - U: I.

Pengukuran menunjukkan bahawa rintangan dalaman jauh lebih rendah daripada rintangan luaran.

Fungsi praktikal bateri dan bateri digunakan secara meluas. Keselamatan alam sekitar yang tidak dapat dielakkan motor elektrik tidak diragukan, tetapi untuk mewujudkan bateri yang luas dan ergonomik - masalah fizik moden. Keputusannya akan membawa kepada pusingan pembangunan peralatan automotif baru.

Bateri kecil, ringan, dan banyak juga penting dalam peranti mudah alih elektronik. Stok tenaga yang digunakan di dalamnya secara langsung berkaitan dengan kebolehoperasian peranti.