Ընթացիկ աղբյուրի ներքին դիմադրություն: Դիմադրությունը բանաձեւն է

Հաղորդիչի էլեկտրական հոսանքը առաջանում է էլեկտրական դաշտի ազդեցության ներքո, որը ստիպում է ազատ լիցքավորված մասնիկների անցնել ուղղորդված շարժմանը: Մասնիկների ներկայի ստեղծումը լուրջ խնդիր է: Նման կառույց կառուցելու համար, որը երկար ժամանակ պահպանում է դաշտի պոտենցիալ տարբերությունը `մի խնդիր, որի լուծումը մարդկության ուժի տակ է միայն 18-րդ դարի վերջում:

Առաջին փորձերը

Հոլանդիայում կատարվել են հետագա հետազոտությունների եւ օգտագործման համար «էլեկտրաէներգիա խնայելու» առաջին փորձերը: Գերմանացի Էվալդ Յուրգեն Ֆոն Կլայստը եւ հոլանդացի Պիտեր Վան Մուսենբրուկը, որը հետազոտություններ է անցկացրել Լեյդեն քաղաքում, ստեղծել է աշխարհի առաջին կոնդենսատորը, որը հետագայում անվանեց «Leiden jar»:

Էլեկտրական լիցքավորման կուտակումը արդեն մեխանիկական շփման ազդեցության տակ էր: Դիրի միջոցով թողարկումը կարող է օգտագործվել բավականաչափ կարճ ժամանակահատվածում:

Մարդկային միտքը հաղթանակն այնպիսի ժամանակահատվածի վրա, ինչպիսին է էլեկտրաէներգիան, դարձավ հեղափոխական:

Ցավոք, գոլորշիացումը (էլեկտրական հոսանքը, որը արտադրում է կոնդենսատոր), այնքան կարճ է, որ այն չի կարող ստեղծել կայուն ընթացք : Բացի այդ, կոնդենսատորով տրվող լարումը աստիճանաբար նվազում է, ինչը չի թողնում շարունակական հոսք ստանալու հնարավորությունը:

Անհրաժեշտ էր փնտրել այլ ճանապարհ:

Առաջին աղբյուրը

Իտալական Galvani- ի փորձը «կենդանական էլեկտրաէներգիայի» ուսումնասիրման բնագավառում բնօրինակի բնության աղբյուր գտնելն էր: Կախովի երկաթե խառնուրդի մետաղյա խցիկներում պատրաստված գորտերի ոտքերը, ուշադրություն հրավիրեց նյարդերի վերջավորությունների բնորոշ ռեակցիաների վրա:

Սակայն Galvani- ի եզրակացությունները մերժվեցին այլ իտալական Alessandro Volta- ի կողմից: Հետաքրքրված է կենդանիների օրգանիզմներից էլեկտրաէներգիա ստանալու հնարավորությունը, նա արել է մի շարք փորձարարներ գորտերով: Սակայն նրա եզրակացությունը նախորդ վարկածների հակառակն էր:

Վոլթան նկատեց, որ կենդանի օրգանիզմը միայն էլեկտրական հոսանքի ցուցանիշն է: Երբ ընթացիկ անցնում է, ոտքերի մկանները կրճատվում են, նշելով պոտենցիալ տարբերությունը: Էլեկտրական դաշտի աղբյուրը տարբեր մետաղների շփումն էր: Հետագա բացի նրանք մի շարք քիմիական տարրերի մեջ են, ինչն ավելի կարեւոր է:

Էլեկտրոլիտային լուծույթով ներծծված թղթի սկավառակներով լցված տարբեր մետաղների ափսեները երկար ժամանակ ստեղծեցին պոտենցիալների տարբերությունը: Եվ թող ցածր (1.1 Վ), բայց էլեկտրական հոսանքը կարող է երկար ժամանակ ուսումնասիրել: Հիմնականում այն է, որ լարվածությունը մնաց անփոփոխ:

Ինչ է կատարվում

Ինչու են «գալվանական բջիջները» կոչվող աղբյուրները նման ազդեցություն ունենալու համար:

Դիէլեկտրիկում տեղադրված երկու մետաղական էլեկտրոդներ տարբեր դերեր են խաղում: Մեկն էլ էլեկտրոն է տալիս, մյուսը տանում է նրանց: Օքսիդացման նվազեցման ռեակցիայի գործընթացը հանգեցնում է մեկ էլեկտրոդի ավելցուկային էլեկտրոնների հայտնաբերմանը, որը կոչվում է բացասական բեւեռ եւ երկրորդի թերություն, որը մենք նշում ենք որպես աղբյուրի դրական բեւեռ:

Ամենապարզ գալվանական բջիջներում օքսիդացնող ռեակցիաները տեղի են ունենում մեկ էլեկտրոդի վրա `կրճատելով ռեակցիաները մյուսի վրա: Էլեկտրոնները գալիս են էլեկտրոդներին, միացումից դուրս: Էլեկտրալիտը աղբյուրի ներսում ներդիրի դիրիժորը է: Դիմադրության ուժը ղեկավարում է գործընթացի տեւողությունը:

Պղինձ-ցինկ տարր

Գալվանդանի բջիջների գործողության սկզբունքը հետաքրքիր է համարում պղնձի ցինկային գալվանական բջիջների օրինակով, որի գործողությունը հաշվի է առնվում ցինկի եւ պղնձի սուլֆատի էներգիան: Այս աղբյուրում պղնձի ափսեը տեղադրվում է պղնձի սուլֆատի լուծույթում , իսկ ցինկ էլեկտրոդը սոսինձ է ցինկ սուլֆատի լուծույթում: Լուծումները բաժանվում են ծակոտկեն գամասվից, կանխելու խառնուրդը, բայց պետք է շփվի:

Եթե միացումը փակ է, ցինկի մակերեսային շերտը օքսիդացված է: Հեղուկի հետ փոխազդեցության գործընթացում հայտնվում է իոնների վերածված ցինկի ատոմները: Էլեկտրոնները ազատվում են էլեկտրոդում, որոնք կարող են մասնակցել ընթացիկ ձեւավորմանը:

Պղնձե էլեկտրոդին հասնելու համար էլեկտրոնները վերականգնման արձագանքում են: Պղնձի իոնները գալիս են մակերեսային շերտից լուծումից, դրանք վերածվում են պղնձի ատոմների, պղնձի ափսեում տեղադրելու ընթացքում:

Ամփոփելով այն, ինչ տեղի է ունենում. Գալվանական բջիջի շահագործման գործընթացը ուղեկցվում է կրճատող նյութի էլեկտրոնների անցումը շղթայի արտաքին մասի երկայնքով օքսիդացնող համակարգին: Ռեակցիաները գնում են էլեկտրոդներ: Աղբյուրի ներսում, հոսքի հոսքը:

Օգտագործման դժվարությունները

Սկզբունքորեն, ցանկացած օքսիդացման նվազեցման ռեակցիաներից կարելի է օգտագործել մարտկոցներում: Բայց կան այնքան շատ նյութեր, որոնք կարող են աշխատել արժեքավոր տեխնիկական տարրերով: Ավելին, շատ ռեակցիաները պահանջում են թանկարժեք նյութերի արժեքը:

Ժամանակակից մարտկոցները ավելի պարզ կառուցվածք ունեն: Մեկ էլեկտրոլիտի մեջ տեղադրված երկու էլեկտրոդներ լրացնում են նավը, մարտկոցի դեպքում: Նման նախագծման առանձնահատկությունները հեշտացնում են կառուցվածքը եւ նվազեցնում մարտկոցների արժեքը:

Ցանկացած գալվանական բջիջը կարող է արտադրել մշտական գոտի:

Ընթացիկ դիմադրությունը թույլ չի տալիս բոլոր իոնները միաժամանակ էլեկտրոդում լինել, ուստի տարրը բավականաչափ երկար է աշխատում: Իոնների ձեւավորման քիմիական ռեակցիաները վաղ թե ուշ դադարում են, տարրը լիցքաթափվում է:

Ընթացիկ աղբյուրի ներքին դիմադրությունը մեծ նշանակություն ունի:

Մի քիչ դիմադրություն

Էլեկտրական հոսանքի օգտագործումը, անշուշտ, նոր մակարդակի հասցրեց գիտական եւ տեխնիկական առաջընթացը, նրան հսկայական հրում տվեց: Սակայն ներկայիս հոսքի դիմադրության ուժը դառնում է նման զարգացման ճանապարհ:

Մի կողմից, էլեկտրական հոսանքը անգնահատելի հատկություններ ունի առօրյա կյանքում եւ տեխնոլոգիայում, մյուս կողմից `զգալի ընդդիմություն կա: Ֆիզիկան, որպես բնության գիտություն, փորձում է հավասարակշռություն հաստատել, հաշտեցնել այդ հանգամանքները:

Ընթացքի դիմադրությունը առաջանում է էլեկտրական լիցքավորված մասնիկների փոխազդեցության արդյունքում այն նյութով, որով նրանք շարժվում են: Անհնար է բացառել այս գործընթացը նորմալ ջերմաստիճանի պայմաններում:

Դիմադրություն

Ընթացիկ աղբյուրի ներքին դիմադրությունը եւ միացման շրջանի արտաքին հատվածի հակազդեցությունը մի փոքր այլ բնույթ ունեն, սակայն այդ գործընթացներում նույնն է նաեւ փոխանցման աշխատանքների կատարումը:

Աշխատանքն ինքնին կախված է միայն աղբյուրի եւ դրա լրացման հատկություններից `էլեկտրոդների եւ էլեկտրոլիտի հատկությունները, ինչպես նաեւ օդի արտաքին մասերը, որոնց դիմադրությունը կախված է նյութի երկրաչափական պարամետրերից եւ քիմիական հատկություններից: Օրինակ, մետաղյա մետաղի դիմադրությունը մեծանում է երկարությամբ եւ նվազում է խաչմերուկի տարածքի ընդլայնմամբ: Ֆիզիկան խորհուրդ է տալիս կիրառել մասնագիտացված նյութերի օգտագործումը:

Ընթացիկ գործողություն

Joule-Lenz- ի օրենքի համաձայն, դիրիժորների ջերմության քանակը համամասնորեն դիմադրության է: Եթե ջերմության քանակն է Q _{ներքին:} , Ընթացիկ ես, այն հոսում է, t, մենք ստանում:

• Q _int. = I ^{2 ·} R · t,

Որտեղ r- ներկա աղբյուրի ներքին դիմադրությունը:

Ամբողջ շղթայում, ներառյալ `ներքին եւ արտաքին մասերը, ազատվելու են ջերմության ընդհանուր քանակը, որի բանաձեւը ունի հետեւյալ ձեւը.

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

Հայտնի է, թե ինչպես է ֆիզիկայում դիմադրությունը դրսեւորվում: Արտաքին տերմինը (բոլոր տարրերը, բացառությամբ աղբյուրի) ունի դիմադրություն R.

Օհայի օրենքը ամբողջական շղթայի համար

Մենք հաշվի կառնենք, որ հիմնական աշխատանքը կատարվում է արտաքին ուժերի կողմից ընթացիկ աղբյուրի ներսում: Դրա մեծությունը հավասար է դաշտի եւ աղբյուրի էլեկտրաշարժիչ ուժի հաշվին կատարվող գանձման արդյունքին.

• Q · E = I ² · (R + R) տ.

Գիտակցելով, որ մեղադրանքը հավասար է հոսքի պահին գործող ուժի արտադրությանը, մենք ունենք.

• E = I · (r + R):

Համաձայն պատճառահետեւանքային հարաբերությունների, Օմ օրենքը ունի հետեւյալ ձեւը.

• I = E: (r + R):

Ընթացիկ փակ համակարգում ուղղակիորեն համամասնական է ընթացիկ աղբյուրի emf- ին եւ հակադարձ համեմատական է միացման ամբողջ ընդարձակումին:

Այս մոդելի հիման վրա կարելի է որոշել ներկա աղբյուրի ներքին դիմադրությունը:

Աղբյուրի ելակետային հզորությունը

Աղբյուրների հիմնական հատկանիշները ներառում են լիցքավորման հզորությունը: Որոշ պայմաններում շահագործման ընթացքում ստացված էլեկտրաէներգիայի առավելագույն քանակը կախված է լիցքաթափման հզորությունից:

Իդեալական դեպքում, երբ որոշակի մոտարկումներ կատարվում են, ելքային հզորությունը կարելի է համարել կայուն:

Օրինակ, 1.5 Վ- ի պոտենցիալ տարբերակ ունեցող ստանդարտ մարտկոցը 0.5 Ah- ի ելքային հզորություն ունի: Եթե ելքային հոսանքը 100 մԱ է, ապա այն աշխատում է 5 ժամով:

Մարտկոցների լիցքավորման եղանակները

Մարտկոցների գործարկումը հանգեցնում է դրանց թողարկմանը: Կուտակիչի վերականգնումը, փոքր տարրերի լիցքավորումը կատարվում է ընթացիկ, որի ուժային արժեքը չի գերազանցում աղբյուրի հզորության տասներորդը:

Հասանելի են հետեւյալ լիցքավորման եղանակները.

• Որոշակի ժամանակի անփոփոխ ընթացքի օգտագործումը (մոտ 16 ժամ մարտկոցի հզորության 0,1-ից);
• Պոտենցիալ տարբերության նախնական որոշված արժեքով լիցքավորումը,
• Անհավասարակշիռ հոսանքի օգտագործումը.
• Միանգամյա կրճատման եւ լիցքաթափման իմպուլսի հետեւողական կիրառումը, որի ժամանակ առաջինը գերազանցում է երկրորդի ժամանակը:

Գործնական աշխատանքներ

Խնդիրն առաջարկվում է `սահմանել ներկա աղբյուրի եւ EMF- ի ներքին դիմադրությունը:

Այն իրականացնելու համար անհրաժեշտ է ներկայացնել ընթացիկ աղբյուր, ամպաչափ, վոլտմետր, պտտվող ռեոստատ, բանալին, դիրիժորների մի խումբ:

Օհայի օրենքը փակ օղակով օգտագործելու դեպքում որոշվում է ընթացիկ աղբյուրի ներքին դիմադրությունը: Դրա համար անհրաժեշտ է իմանալ իր EMF- ի, ռեոստատի դիմադրողականության արժեքը:

Հաշվարկվող ընթացիկ դիմադրողական բանաձեւը օղակի արտաքին մասում կարող է որոշվել Օհայի օրենքից շղթայի հատվածի համար.

• I = U: R,

Եթե ես ներկա եմ մի սխեմայի արտաքին մասում, որը չափվում է ամպաչափով, U- ն արտաքին դիմադրության լարման է:

Չափումների ճշգրտությունը բարձրացնելու համար կատարվում են առնվազն 5 անգամ: Ինչ է դա: Փորձարկումների ժամանակ չափված լարումը, դիմադրությունը, ընթացիկ (կամ, ավելի շուտ, ընթացիկ) օգտագործվում են ավելի ուշ:

Ընթացիկ աղբյուրի EMF- ն որոշելու համար օգտագործենք այն փաստը, որ լարումը իր տերմինալներում բաց բանալիով գործնականում հավասար է EMF- ին:

Մենք հավաքում ենք մարտկոցների շղթա, ռեոստատ, ամպաչափ եւ մի շարք բանալին: Միացրեք վոլտաչափը ընթացիկ աղբյուրի տերմինալներին: Բանալին բացելով, մենք վերցնում ենք նրա վկայությունը:

Ներքին դիմադրությունը, որի բանաձեւը ստացվում է Օհմի օրենքից ամբողջական շղթայի համար, որոշվում է մաթեմատիկական հաշվարկներով.

• I = E: (r + R):
• R = E: I - U: I.

Չափումները ցույց են տալիս, որ ներքին դիմադրությունը շատ ավելի քիչ է, քան արտաքին դիմադրությունը:

Մարտկոցների եւ մարտկոցների գործնական գործառույթը լայնորեն կիրառվում է: Էլեկտրաշարժիչների անխուսափելի էկոլոգիական անվտանգությունը կասկածի տակ չի դնում, բայց ստեղծելու է հզոր, ergonomic մարտկոց `ժամանակակից ֆիզիկայի խնդիրը: Դրա որոշումը կհանգեցնի ավտոմոբիլային սարքավորումների զարգացման նոր փուլին:

Փոքր, թեթեւ, հզոր մարտկոցները նույնպես կարեւոր են բջջային էլեկտրոնային սարքերում: Նրանց օգտագործվող էներգիայի ֆոնդը անմիջականորեն կապված է սարքերի շահագործման հետ: