Rezistența internă a sursei de curent. Rezistența este formula

Curentul electric din conductor apare sub influența unui câmp electric, care determină particulele încărcate libere să intre în mișcarea de direcție. Crearea unui curent de particule este o problemă serioasă. A construi un astfel de dispozitiv, care va menține diferența potențială a câmpului pentru o lungă perioadă de timp într-o singură stare - o sarcină a cărei soluție a fost sub puterea omenirii numai spre sfârșitul secolului al XVIII-lea.

Primele încercări

Primele încercări de "economisire a energiei electrice" pentru cercetare și utilizare ulterioare au fost făcute în Olanda. German Ewald Jurgen von Kleist și olandezul Pieter van Musschenbroek, care a efectuat cercetarea lor în orașul Leiden, a creat primul condensator din lume, numit mai târziu „jar Leyden“.

Acumularea încărcăturii electrice a fost deja influențată de frecare mecanică. Descărcarea prin conductă ar putea fi utilizată pentru o perioadă scurtă de timp.

Victoria victoriei umane asupra unei astfel de substanțe efemere ca și electricitatea sa dovedit a fi revoluționară.

Din nefericire, descărcarea (curentul electric generat de condensator) a durat atât de scurt încât să se creeze curent continuu nu a putut. În plus, tensiunea dată de condensator scade treptat, ceea ce nu lasă nici o posibilitate de a obține un curent continuu.

A fost necesar să căutăm altă cale.

Prima sursă

Experimentele lui Galvani italiene privind studiul "electricității animale" au fost o încercare inițială de a găsi o sursă naturală de curent în natură. Suspendând picioarele broaștelor pregătite pe cârligele metalice ale grilajului de fier, el a atras atenția asupra reacției caracteristice a terminațiilor nervoase.

Cu toate acestea, concluziile lui Galvani au fost respinse de un alt italian, Alessandro Volta. Interesat de posibilitatea de a primi energie electrică din organismele animale, a efectuat o serie de experimente cu broaște. Dar concluzia sa a fost contrariul total al ipotezelor anterioare.

Volta a atras atenția asupra faptului că un organism viu este doar un indicator al unei descărcări electrice. Când curentul trece, mușchii picioarelor se scurtează, indicând diferența de potențial. Sursa câmpului electric a fost contactul metalelor diferite. Cu cât mai departe se află într-o serie de elemente chimice, cu atât efectul este mai semnificativ.

Plăcile de metale diferite, căptușite cu discuri de hârtie impregnate cu soluție de electroliți, au creat diferența necesară de potențial pentru o perioadă lungă de timp. Și să fie scăzut (1,1 V), dar curentul electric ar putea fi investigat pentru o lungă perioadă de timp. Principalul lucru este că tensiunea a rămas neschimbată atât timp.

Ce se întâmplă

De ce este efectul chemat în sursele numite "celule galvanice"?

Două electrozi metalici plasați într-un dielectric joacă roluri diferite. Unul furnizează electroni, celălalt îi ia. reacția proces redox conduce la un exces de electroni de la un electrod, care este numit un pol negativ, iar al doilea vina, notat ca terminal sursă pozitivă.

În cele mai simple celule galvanice, reacțiile oxidative apar pe un electrod, reducând reacțiile pe cealaltă. Electronii vin la electrozii din exteriorul circuitului. Electrolitul este un conductor al curentului ionic din interiorul sursei. Rezistența rezistenței determină durata procesului.

Element cupru-zinc

Principiul acțiunii celulelor galvanice este interesant de luat în considerare pe exemplul unei celule galvanice cupru-zinc, al cărui efect se datorează energiei zincului și sulfatului de cupru. În această sursă, o placă de cupru este plasată într-o soluție sulfat de cupru, iar electrodul de zinc este imersat într-o soluție de sulfat de zinc. Soluțiile sunt separate printr-o garnitură poroasă pentru a evita amestecarea, dar intră întotdeauna în contact.

Dacă circuitul este închis, stratul de suprafață al zincului este oxidat. În procesul de interacțiune cu un lichid, atomii de zinc, transformați în ioni, apar în soluție. Electronii sunt eliberați pe electrod, care pot lua parte la formarea curentului.

Folosind un electrod de cupru, electronii participă la reacția de recuperare. Ioni de cupru provin de la soluție la stratul de suprafață, sunt transformați în atomi de cupru în timpul procesului de reducere, depozitați pe o placă de cupru.

Rezumă ceea ce se întâmplă: operația de proces a celulei este însoțită de reducătorului de electroni de tranziție la oxidant al părții exterioare a lanțului. Reacțiile merg pe ambii electrozi. În interiorul sursei, curentul ionic curge.

Dificultăți de utilizare

În principiu, oricare dintre posibilele reacții de reducere a oxidării poate fi utilizată în baterii. Dar nu sunt atât de multe substanțe care pot funcționa în elemente tehnice valoroase. În plus, multe reacții necesită costul substanțelor costisitoare.

Bateriile moderne au o structură mai simplă. Două electrozi plasați într-un singur electrolit umple vasul - carcasa bateriei. Aceste caracteristici de design simplifică structura și reduc costurile bateriilor.

Orice celulă galvanică este capabilă să producă un curent constant.

Rezistența curentă nu permite ca toți ionii să se afle pe electrozii în același timp, astfel încât elementul să funcționeze suficient de mult. Reacțiile chimice ale formării ionilor încetează mai devreme sau mai târziu, elementul este descărcat.

Rezistență internă sursa de curent este de mare importanță.

Puțin despre rezistență

Utilizarea curentului electric, fără îndoială, a adus progresul științific și tehnic la un nou nivel, ia dat un impuls extraordinar. Dar forța de rezistență la curentul devine în calea unei astfel de dezvoltări.

Pe de o parte, curentul electric are proprietăți inestimabile utilizate în viața cotidiană și în tehnologie, pe de altă parte - există o opoziție considerabilă. Fizica, ca știință a naturii, încearcă să stabilească un echilibru, să reconcilieze aceste circumstanțe.

Rezistența curentului rezultă din interacțiunea particulelor încărcate electric cu substanța prin care se mișcă. Este imposibil să se excludă acest proces în condiții normale de temperatură.

rezistență

Rezistență internă sursa de curent și rezistența la părțile exterioare ale circuitului au mai multe de natură diferită, dar în mod egal în aceste procese este operațiunea de notare prin deplasarea de încărcare.

Lucrarea în sine depinde numai de proprietățile sursei și conținutul său: calitățile electrozi și electrolit, precum și unități de circuit extern, din care rezistența depinde de parametrii geometrici și proprietățile chimice ale materialului. De exemplu, rezistența unui fir metalic crește cu creșterea lungimii și scade odată cu extinderea suprafeței secțiunii transversale. Când rezolvăm problema reducerii rezistenței, fizica recomandă utilizarea materialelor specializate.

Operațiunea curentă

Conform legii Joule-Lenz, cantitatea de căldură din conductoare este proporțională cu rezistența. Dacă cantitatea de căldură este Q_ext., puterea curentului I, momentul fluxului său t, atunci obținem:

• Q_ext. = I^{2 middot-}r t middot-,

unde r este rezistența internă a sursei de curent.

În întregul lanț, care include atât părțile interne, cât și cele exterioare ale acestuia, va fi eliberată cantitatea totală de căldură, a cărei formulă are forma:

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

Se știe cum este indicată rezistența fizică: circuitul exterior (toate elementele cu excepția sursei) are rezistență R.

Legea lui Ohm pentru lanțul complet

Luăm în considerare faptul că lucrarea principală este realizată de forțele externe din interiorul sursei curente. Mărimea sa este egală cu produsul încărcării purtate de câmp și forța electromotoare a sursei:

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

realizând că sarcina este egală cu produsul puterii actuale la momentul debitului, avem:

• E = I middot- (r + R).

În conformitate cu relațiile cauză-efect, legea lui Ohm are forma:

• I = E: (r + R).

Puterea curentă într-un circuit închis este direct proporțional cu emf-ul sursei de curent și este invers proporțional cu rezistența totală (totală) a circuitului.

Pe baza acestui model, este posibil să se determine rezistența internă a sursei de curent.

Capacitatea de descărcare a sursei

Principalele caracteristici ale surselor includ capacitatea de descărcare. Cantitatea maximă de energie electrică primită în timpul funcționării în anumite condiții depinde de curentul de descărcare.

În cazul ideal, când sunt efectuate anumite aproximări, capacitatea de descărcare poate fi considerată constantă.

De exemplu, o baterie standard cu o diferență de potențial de 1,5 V are o capacitate de descărcare de 0,5 Amidot-h. Dacă curentul de descărcare este de 100 mA, atunci funcționează timp de 5 ore.

Metode de încărcare a bateriilor

Utilizarea bateriilor duce la descărcarea lor. Recuperarea bateriilor, încărcarea elementelor de dimensiuni mici se efectuează cu ajutorul unui curent a cărui putere de putere nu depășește o zecime din capacitatea sursei.

Sunt disponibile următoarele metode de încărcare:

• utilizarea unui curent neschimbat pentru o anumită perioadă de timp (aproximativ 16 ore cu un curent de 0,1 din capacitatea bateriei);
• încărcarea cu un curent în jos la o valoare predeterminată a diferenței de potențial;
• utilizarea curenților neechilibrați;
• aplicarea consecutivă a impulsurilor scurte de încărcare și descărcare, la care timpul primei depășește timpul celui de-al doilea.

Lucrare practică

Se propune sarcina: determinarea rezistenței interne a sursei de curent și a CEM.

Pentru ao efectua, trebuie să stocați o sursă de curent, un ampermetru, un voltmetru, un reostat de glisor, o cheie, un set de conductori.

utilizarea Legea lui Ohm pentru un circuit închis va determina rezistența internă a sursei de curent. Pentru aceasta este necesar să se cunoască EMF, valoarea rezistenței reostatului.

Formula de proiectare pentru rezistența curentă în partea exterioară a circuitului poate fi determinată din legea lui Ohm pentru secțiunea lanțului:

• I = U: R,

unde I este curentul în partea exterioară a circuitului, măsurată cu un ampermetru -U este tensiunea la rezistența externă.

Pentru a crește precizia măsurătorilor, se realizează de cel puțin 5 ori. Pentru ce este? Măsurată în cursul experimentului, tensiunea, rezistența, curentul (sau, mai degrabă, curentul) sunt utilizate mai târziu.

Pentru a determina EMF-ul sursei de curent, să folosim faptul că tensiunea la terminalele sale cu o cheie deschisă este practic egală cu EMF.

Vom pune un lanț de baterii, un reostat, un ampermetru și o cheie în serie. Conectați voltmetrul la bornele sursei de curent. După ce ne-am deschis cheia, îi luăm mărturia.

Rezistența internă, a cărei formulă se obține din legea lui Ohm pentru lanțul complet, este determinată de calcule matematice:

• I = E: (r + R).
• r = E: I - U: I.

Măsurătorile arată că rezistența internă este mult mai mică decât rezistența externă.

Funcția practică a bateriilor și a bateriilor este utilizată pe scară largă. Incontestabil siguranța mediului înconjurător a motoarelor electrice nu este îndoielnică, ci pentru a crea o baterie captivă și ergonomică - problema fizicii moderne. Decizia sa va conduce la o nouă rundă de dezvoltare a echipamentelor auto.

Bateriile mici, ușoare și capabile sunt esențiale și în dispozitivele electronice mobile. Stocul de energie utilizat în ele este direct legat de operabilitatea dispozitivelor.