Interní odpor proudového zdroje. Odpor je vzorec

Elektrický proud ve vodiči vzniká pod vlivem elektrického pole, který způsobuje, že volně nabité částice vstupují do směrového pohybu. Vytvoření částice proudem je vážným problémem. Chcete-li vytvořit zařízení, které bude udržovat rozdíl mezi potenciály pole ve stejném stavu po dlouhou dobu - což je úkol, který se ukázal sílu lidstva až do konce století XVIII.

První pokusy

První pokusy o "šetření elektřiny" pro další výzkum a využití byly provedeny v Holandsku. Německý Ewald Jurgen von Kleist a Nizozemec Pieter van Musschenbroek který prováděl svůj výzkum ve městě Leiden, vytvořil světově první kondenzátor, později nazvaný „Leyden sklenice“.

Akumulace elektrického náboje byla již pod vlivem mechanického tření. Výboj přes vodič by mohl být použit na dostatečně krátkou dobu.

Vítězství lidské mysli nad takovou pomíjející látkou, jako je elektřina, se ukázalo jako revoluční.

Bohužel, výboj (elektrický proud generovaný kondenzátorem) trval tak krátký, že se vytvořil přímý proud nemohl. Kromě toho napětí, které daný kondenzátor přináší, postupně klesá, což neumožňuje získání kontinuálního proudu.

Bylo třeba hledat jinou cestu.

První zdroj

Pokusy italského Galvani o studium "živočišné elektřiny" byly původním pokusem o nalezení přírodního zdroje proudu v přírodě. Závěsné nohy připraveného žába na kovové háčky železné roštu, upozornil na charakteristickou odezvu nervových zakončení.

Galvaniho závěry však odmítl další italský, Alessandro Volta. Zájem o možnost získání elektřiny ze zvířecích organismů provedl řadu pokusů s žáby. Jeho závěr však byl úplným opakem předchozích hypotéz.

Volta upozornil na skutečnost, že živý organismus je pouze indikátorem elektrického výboje. Když prochází proud, svaly nohou se zkrátí, což signalizuje potenciální rozdíl. Zdrojem elektrického pole byl kontakt nerovných kovů. Čím dál jsou v řadě chemických prvků, tím výraznější je účinek.

Desky nerovných kovů, vycpané papírovými kotouči impregnovanými roztokem elektrolytu, vytvořily potřebný rozdíl potenciálu po dlouhou dobu. A nechť je nízká (1,1 V), ale elektrický proud může být zkoumán po dlouhou dobu. Nejdůležitější je, že napětí zůstalo nezměněno tak dlouho.

Co se děje

Proč je účinek nazýván v zdrojích nazvaných "galvanické články"?

Dvě kovové elektrody umístěné v dielektriku hrají různé role. Jeden přivádí elektrony, druhý je vezme. Procesní redox reakce vede k přebytku elektronů na jedné elektrody, která se nazývá záporný pól a druhý poruchy, označené jako pozitivní zdroj terminálu.

V nejjednodušších galvanických buňkách dochází k oxidačním reakcím na jedné elektrodě, k redukci reakcí na druhé. Elektróny přicházejí z elektrod zvenku okruhu. Elektrolyt je vodič iontového proudu uvnitř zdroje. Pevnost odporu vede délku procesu.

Prvek mědi a zinku

Zásada působení galvanických článků je zajímavé zvážit na příkladu mědi a zinku galvanické buňky, jejichž účinek je vzhledem k energii zinku a síranu měďnatého. V tomto zdroji se do roztoku umístí deska z mědi síran měďnatý, a elektroda zinku je ponořena do roztoku síranu zinečnatého. Řešení jsou oddělena porézním těsněním, aby se zabránilo míchání, ale vždy se dostanou do kontaktu.

Pokud je obvod uzavřen, povrchová vrstva zinku je oxidována. V procesu interakce s kapalinou se v roztoku objevují atomy zinku, které se změnily na ionty. Elektrony jsou uvolňovány na elektrodě, která se může podílet na tvorbě proudu.

Když se na měděné elektrodě dostanou elektrony, podílejí se na reakci zotavení. Měděné ionty pocházejí z roztoku na povrchovou vrstvu, během procesu redukce se přeměňují na atomy mědi a nanesou na měděnou desku.

Shrňme, co se děje: proces provozu galvanické buňky je doprovázen přechodem elektronů redukčního činidla na oxidační zařízení podél vnější části řetězu. Reakce probíhají na obou elektrodách. Uvnitř zdroje proudí iontový proud.

Problémy s používáním

V zásadě může být v bateriích použita jakákoli možná oxidační-redukční reakce. Neexistuje však tolik látek, které by mohly fungovat v cenných technických prvcích. Mnoho reakcí navíc vyžaduje náklady na drahé látky.

Moderní baterie mají jednodušší strukturu. Dvě elektrody umístěné v jednom elektrolytu naplní nádobu - pouzdro baterie. Takové konstrukční prvky zjednodušují strukturu a snižují náklady na baterie.

Jakákoli galvanická buňka je schopna vytvářet konstantní proud.

Současný odpor nedovoluje, aby všechny ionty byly na elektrodách současně, takže prvek funguje dostatečně dlouho. Chemické reakce iontové tvorby dříve nebo později přestanou, prvek se vylučuje.

Vnitřní odpor zdroj proudu má velký význam.

Trochu o odporu

Použití elektrického proudu nepochybně přineslo vědecký a technický pokrok na novou úroveň a dalo mu obrovský impuls. Ale silou odporu vůči toku proudu se stává cesta takového vývoje.

Na jedné straně má elektrický proud neocenitelné vlastnosti, které se používají v každodenním životě a technologii, na druhé straně - existuje značná opozice. Fyzika jako věda přírody se snaží vytvořit rovnováhu, sladit tyto okolnosti.

Odpor elektrického proudu vzniká interakcí elektricky nabitých částic s látkou, kterou se pohybují. Tento proces nelze vyloučit za normálních teplotních podmínek.

Odolnost

Vnitřní odpor zdroj proudu a působení vnější části okruhu mají poněkud jinou povahu, ale totéž v těchto procesech je dokončení práce na přenosu náboje.

Dílo samo závisí pouze na vlastnostech zdroje a jeho obsah: vlastností elektrod a elektrolytu, stejně jako externí pojistné jednotky, je odpor, který závisí na geometrických parametrů a chemických vlastností materiálu. Například odolnost kovového drátu se zvyšuje se zvětšující se délkou a s expanzí průřezu se snižuje. Při řešení problému snižování odporu doporučuje fyzika použití speciálních materiálů.

Aktuální provoz

Podle zákona Joule-Lenze je množství tepla ve vodičích úměrné odporu. Pokud je množství tepla Q_int., sílu proudu I, čas jeho toku t, pak dostaneme:

• Q_int. = I^{2 middot-}r middot-t,

kde r je vnitřní odpor proudového zdroje.

V celém řetězci, který zahrnuje jak jeho vnitřní, tak i vnější část, uvolní se celkové množství tepla, jehož vzorec má podobu:

• Q_kompletní = I^{2 middot-}r middot-t + I^{2 middot-}R střední-t = I^{2 middot-}(r + R) middot-t,

Je známo, jak je označen odpor ve fyzice: vnější obvod (všechny prvky kromě zdroje) má odpor R.

Ohmův zákon pro celý řetězec

Vezmeme v úvahu, že hlavní práce provádí vnější síly uvnitř aktuálního zdroje. Jeho velikost je rovna výsledku náboje neseného pole a elektromotorické síly zdroje:

• q middot-E = I² middot-(r + R) middot-t.

že náboj je stejný jako součin momentové síly v okamžiku toku, máme:

• E = I middot- (r + R).

V souladu se vztahem příčiny a následku má Ohmův zákon formu:

• I = E: (r + R).

Současná síla v uzavřeném obvodu je přímo úměrná emf zdroje proudu a je nepřímo úměrná celkovému (celkovému) odporu obvodu.

Na základě tohoto vzoru je možné určit vnitřní odpor proudového zdroje.

Výstupní kapacita zdroje

Mezi hlavní charakteristiky zdrojů patří vypouštěcí kapacita. Maximální množství elektrické energie přijaté během provozu za určitých podmínek závisí na výbojovém proudu.

V ideálním případě, když jsou provedena určitá aproximace, může být konstantní kapacita konstantní.

Například standardní baterie s potenciálním rozdílem 1,5 V má kapacitu vybití 0,5 Amidot-h. Pokud je výbojový proud 100 mA, funguje to po dobu 5 hodin.

Metody nabíjení baterie

Použití baterií vede k jejich vybití. Obnova baterií, nabíjení malých prvků se provádí pomocí proudu, jehož hodnota výkonu nepřesahuje jednu desetinu kapacity zdroje.

K dispozici jsou následující metody nabíjení:

• použití neměnného proudu na daný čas (přibližně 16 hodin s proudem 0,1 z kapacity baterie);
• nabíjení dolním proudem na předem stanovenou hodnotu potenciálního rozdílu;
• použití nevyvážených proudů;
• následné použití krátkých nabíjecích a vypouštěcích impulzů, kdy doba prvního překročí čas druhého.

Praktická práce

Úkolem je navrhnout: určení vnitřního odporu zdroje proudu a EMF.

Pro jeho realizaci je třeba vyhrazena zdroje proudu, ampérmetrem, voltmetr, skluzavka odporem, což je klíčový sady vodičů.

Použijte Ohmův zákon pro uzavřený okruh určuje vnitřní odpor proudového zdroje. Proto je nutné znát jeho EMF, hodnotu odporu reostatu.

Návrhový vzorec pro aktuální odpor ve vnější části obvodu může být stanoven z Ohmova zákona pro řetězec:

• I = U: R,

kde I je proud ve vnější části obvodu měřený ampermetrem-U je napětí na vnějším odporu.

Pro zvýšení přesnosti měření se provádí nejméně pětkrát. Co to je? Při měření v průběhu experimentu se napětí, odpor, proud (nebo spíše proud) použijí později.

Pro určení EMF pro aktuální zdroj použijeme skutečnost, že napětí na svorkách s otevřeným klíčem je prakticky stejné jako EMF.

Zavedeme řetězec baterií, reostat, ampérmetr a klíč v sérii. Připojte voltmetr ke svorkám aktuálního zdroje. Po otevření klíče odneseme jeho svědectví.

Vnitřní odpor, jehož vzorec je získán z Ohmova zákona pro celý řetězec, je určen matematickými výpočty:

• I = E: (r + R).
• r = E: I - U: I.

Měření ukazují, že vnitřní odpor je mnohem menší než vnější odpor.

Praktická funkce baterií a baterií je široce používána. Nezpochybnitelná environmentální bezpečnost elektrických motorů není pochyb, ale vytváří prostornou, ergonomickou baterii - problém moderní fyziky. Jeho rozhodnutí povede k novému vývoji automobilového vybavení.

Malé, lehké a dostatečně velké baterie jsou také důležité v mobilních elektronických zařízeních. Použitá zásoba energie je přímo spojena s provozuschopností zařízení.