Unutarnji otpor trenutnog izvora. Otpor je formula

Električna struja u vodiču proizlazi pod utjecajem električnog polja, što uzrokuje da slobodne napunjene čestice dođu u smjeru gibanja. Stvaranje struje čestica ozbiljan je problem. Izgraditi takav uređaj koji će dugo zadržati potencijalnu razliku polja u jednoj državi - zadatak čije je rješenje bilo pod snagom čovječanstva tek krajem XVIII. Stoljeća.

Prvi pokušaji

Prvi pokušaji "uštede električne energije" za daljnje istraživanje i korištenje napravljeni su u Nizozemskoj. Njemački Ewald Jurgen von Kleist i Nizozemac Peter van Muschenbrook, koji su proveli svoje istraživanje u gradu Leidenu, stvorili su prvi kondenzator na svijetu, kasnije nazvan "Leyden jar".

Akumulacija električnog naboja bila je već pod utjecajem mehaničkog trenja. Ispuštanje kroz vodič moglo bi se koristiti za dovoljno kratko vrijeme.

Pobjeda ljudskog uma nad takvom prolaznom supstancom kao što je električna struja pokazala se revolucionarnom.

Nažalost, pražnjenje (struja koja je generirala kondenzator) trajao je tako kratko da je stvorio izravna struja nije mogao. Pored toga, napon kondenzatora postupno smanjuje, što ne ostavlja mogućnost dobivanja kontinuirane struje.

Bilo je potrebno tražiti drugi način.

Prvi izvor

Pokusi talijanskih Galvanija na proučavanju "životinjske električne energije" bili su izvorni pokušaj da se pronađe prirodni izvor struje u prirodi. Vezivši noge pripremljenih žaba na metalne kuke željeznice, privukao je pozornost na karakterističnu reakciju živčanih završetaka.

Ipak, Galvanijevi zaključci odbijeni su od strane drugog Talijana, Alessandra Volte. Zainteresiran za mogućnost primanja električne energije iz životinjskih organizama, proveo je niz eksperimenata s žabama. Ali njegov zaključak bio je potpuno suprotan prethodnim hipotezama.

Volta je skrenula pozornost na činjenicu da je živi organizam samo pokazatelj električnog pražnjenja. Kada struja prođe, mišići nogu skraćuju se, što ukazuje na potencijalnu razliku. Izvor električnog polja bio je kontakt s različitim metalima. Dalje se nalaze u nizu kemijskih elemenata, to je značajniji učinak.

Pločice s različitim metalima, ispunjene papirnim pločama impregnirane elektrolitskom otopinom, dugo su stvorile potrebnu razliku potencijal. I neka je bila niska (1,1 V), ali električna se struja mogla istražiti već duže vrijeme. Glavna stvar je da je napetost ostala nepromijenjena za tako dugo.

Što se događa

Zašto se učinak zove u izvorima nazvanim "galvanske stanice"?

Dvije metalne elektrode smještene u dielektričnoj igri imaju različite uloge. Jedan opskrbljuje elektrone, a drugi ih prima. Proces oksidacijsko-redukcijske reakcije dovodi do pojave viška elektrona na jednoj elektrodi, koji se naziva negativni pol, i defekt na drugom, koji označavamo kao pozitivni pol izvora.

U najjednostavnijim galvanskim stanicama, oksidacijske reakcije se pojavljuju na jednoj elektrodi, reducirajući reakcije s druge strane. Elektroni dolaze na elektrode s vanjske strane kruga. Elektrolit je vodič ionske struje unutar izvora. Snaga otpornosti vodi trajanje procesa.

Element bakar-cinka

Temelj djelovanja galvanskih stanica zanimljivo je uzeti u obzir na primjeru bakro-cincke galvanske stanice, čiji je učinak na račun energije cinkovog i bakrenog sulfata. U ovom izvoru ploča od bakra je smještena u otopinu bakreni sulfat, i cinkova elektroda je uronjena u otopinu cinka sulfata. Rješenja se odvajaju poroznom brtvom da se izbjegne miješanje, ali uvijek dolaze u dodir.

Ako je krug zatvoren, površinski sloj cinka se oksidira. U procesu interakcije s tekućinom, cinkovi atomi, pretvarajući se u ione, pojavljuju se u otopini. Elektroni se oslobađaju na elektrodi koja može sudjelovati u stvaranju struje.

Dobivanje bakrene elektrode, elektroni sudjeluju u reakciji oporavka. Bakreni ioni dolaze iz otopine na površinski sloj, pretvaraju se u atome bakra tijekom postupka redukcije, nanoseći ih na bakrenu ploču.

Sažeti što se događa: proces rada galvanske stanice prati prijelaz elektrona redukcijskog sredstva u oksidator duž vanjskog dijela lanca. Reakcije idu na obje elektrode. Unutar izvora struja iona struji.

Teškoće korištenja

U principu, bilo koja od mogućih reakcija redukcije oksidacije može se koristiti u baterijama. Ali nema toliko mnogo tvari koje mogu raditi u vrijednim tehničkim elementima. Štoviše, mnoge reakcije zahtijevaju trošak skupih tvari.

Moderne baterije imaju jednostavniju strukturu. Dvije elektrode smještene u jedan elektrolit ispunjavaju posudu - kućište za baterije. Takve značajke dizajna pojednostavljuju strukturu i smanjuju troškove baterija.

Bilo koja galvanska stanica može proizvesti konstantnu struju.

Trenutni otpor ne dopušta da svi ioni budu na istoj razini, tako da element radi dovoljno dugo. Kemijske reakcije nastanka iona prije ili kasnije prestaju, element se ispušta.

Unutarnji otpor izvor struje je od velike važnosti.

Malo o otporu

Korištenje električne struje nesumnjivo je donijelo znanstveni i tehnički napredak na novu razinu, pružilo mu je ogroman poticaj. Ali snaga otpornosti na strujanje struje postaje na putu takvog razvoja.

S jedne strane, električna struja ima neprocjenjive osobine koje se koriste u svakodnevnom životu i tehnologiji, s druge - postoji znatna opozicija. Fizika kao znanost prirode nastoji uspostaviti ravnotežu, pomiriti ove okolnosti.

Otpornost struje proizlazi iz interakcije električno nabijenih čestica sa supstancom kojom se kreću. Nemoguće je isključiti taj postupak u normalnim uvjetima temperature.

otpornost

Unutarnji otpor izvor struje i protuteža vanjskog dijela kruga imaju nešto drugačiju prirodu, ali isto je u tim procesima ostvarenje rada na prijenosu naboja.

Sam rad ovisi samo o svojstvima izvora i njegovom punjenju: kvalitetama elektroda i elektrolita, kao i vanjskim dijelovima lanca čija otpornost ovisi o geometrijskim parametrima i kemijskim svojstvima materijala. Na primjer, otpor metalne žice raste s povećanjem duljine i smanjuje se s proširenjem poprečnog presjeka. Kod rješavanja problema smanjenja otpora, fizika preporučuje korištenje specijaliziranih materijala.

Trenutni rad

Prema Joule-Lenzovom zakonu, količina topline u vodičima je proporcionalna otporu. Ako je količina topline Q_ext., snagu trenutnog I, vremena njezina tijeka t, tada dobivamo:

• P_ext. = I^{2 middot-}r middot- t,

gdje r je unutarnji otpor trenutnog izvora.

U cijelom lancu, koji uključuje i unutarnje i vanjske dijelove, ukupna količina topline će se osloboditi, čija formula ima oblik:

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

Poznato je kako je otpor u fizici označen: vanjski krug (svi elementi osim izvora) ima otpor R.

Ohmov zakon za cjelokupni lanac

Uzimamo u obzir da glavni posao obavljaju vanjske sile unutar trenutnog izvora. Njegova je veličina jednaka proizvodu napunjenosti polja i elektromotornoj sili izvora:

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

shvativši da je naboj jednaka proizvodu trenutne snage u trenutku njegovog protoka, imamo:

• E = I middot- (r + R).

U skladu s uzročno-posljedičnim odnosima, omski zakon ima oblik:

• I = E: (r + R).

Trenutačna snaga u zatvorenom krugu je izravno proporcionalan emf trenutnog izvora i obrnuto je proporcionalan ukupnoj (ukupnoj) otporu kruga.

Na temelju tog uzorka, moguće je odrediti unutarnji otpor trenutnog izvora.

Kapacitet pražnjenja izvora

Glavne karakteristike izvora uključuju kapacitet pražnjenja. Maksimalna količina električne energije koja je primljena tijekom rada pod određenim uvjetima ovisi o struji pražnjenja.

U idealnom slučaju, kada se izvode određene aproksimacije, kapacitet pražnjenja može se smatrati konstantnim.

Na primjer, standardna baterija s potencijalnom razlikom od 1,5 V ima kapacitet pražnjenja od 0,5 Amidot-h. Ako je struja pražnjenja 100 mA, onda radi 5 sati.

Načini punjenja baterije

Korištenje baterija dovodi do njihovog pražnjenja. Oporavak baterija, punjenje malih elemenata provodi se uz pomoć struje čija snaga ne prelazi jednu desetinu kapaciteta izvora.

Dostupne su sljedeće metode punjenja:

• korištenje nepromjenjive struje za određeno vrijeme (oko 16 sati s strujom od 0,1 od kapaciteta baterije);
• punjenje strujom od struje do predodređene vrijednosti potencijalne razlike;
• uporaba neuravnoteženih struja;
• uzastopnu primjenu kratkih impulsa punjenja i pražnjenja, pri čemu vrijeme prvog prekorači vrijeme drugog.

Praktični rad

Predlaže se zadatak: odrediti unutarnji otpor trenutnog izvora i EMF.

Da biste ga izvršili, trebate zalijepiti trenutni izvor, ampermetar, voltmetar, klizni reostat, ključ, skup dirigenata.

korištenje Ohmov zakon za zatvoreni krug će odrediti unutarnji otpor trenutnog izvora. Za to je potrebno znati svoj EMF, otpor vrijednost reostat.

Dizajnna ​​formula za trenutni otpor u vanjskom dijelu kruga može se odrediti iz Ohmovog zakona za lančani dio:

• I = U: R,

gdje je I struja u vanjskom dijelu kruga mjerena ampermetrom-U je napon na vanjskom otporu.

Povećanje točnosti mjerenja obavlja se najmanje 5 puta. Zašto je to? Mjereno tijekom eksperimenta, napon, otpor, struja (ili, naprotiv, struja) se kasnije koriste.

Da bismo odredili EMF trenutnog izvora, koristimo činjenicu da je napon na svojim terminalima s otvorenim ključem praktički jednak EMF-u.

Stavit ćemo lanac baterija, reostat, ampermetar i ključ u seriji. Spojite voltmetar na stezaljke trenutnog izvora. Otvorili smo ključ, uklonimo njegovo svjedočenje.

Unutarnji otpor, formula koja je dobivena iz omskog zakona za cjelokupni lanac, određena je matematičkim proračunima:

• I = E: (r + R).
• r = E: I - U: I.

Mjerenja pokazuju da je unutarnji otpor znatno manji od vanjskog otpora.

Praktična funkcija baterija i baterija je naširoko koristi. Neosporna je ekološka sigurnost elektromotora, već stvaranje prostrane, ergonomske baterije - problem suvremene fizike. Njegova odluka će dovesti do novog kruga razvoja automobilske opreme.

Male, lagane, prostrane baterije također su bitne u mobilnim elektroničkim uređajima. Zalihe energije koje se koriste u njima izravno se odnose na operativnost uređaja.