Вътрешно съпротивление на източника на ток. Съпротивата е формулата

Електрическият ток в проводника възниква под влияние на електрическо поле, което причинява свободните заредени частици да навлязат в посоката на движение. Създаването на ток от частици е сериозен проблем. Да се ​​изгради такова устройство, което да запази потенциалната разлика в полето дълго време в едно състояние - задача, чието решение беше под влияние на човечеството едва към края на XVIII век.

Първи опити

Първите опити за "спестяване на електроенергия" за по-нататъшно проучване и използване бяха направени в Холандия. Германът Ewald Jurgen von Kleist и холандецът Peter van Muschenbrook, който проведе изследването си в град Лайден, създадоха първия кондензатор в света, по-късно наречен "Leyden jar".

Натрупването на електрически заряд вече е било под въздействието на механично триене. Изпускането през проводника може да се използва за достатъчно кратък период от време.

Победата на човешкия ум върху такава ефимерна субстанция като електричество се оказа революционна.

За съжаление изпускането (електрически ток, генериран от кондензатора) продължи толкова кратко, че да се създаде постоянен ток не можеше. В допълнение, напрежението, дадено от кондензатора постепенно намалява, което не оставя възможност за получаване на непрекъснат ток.

Трябваше да потърсим друг начин.

Първият източник

Експериментите на италианския Галвани по изследването на "животинската електроенергия" са оригинален опит да се намери естествен източник на ток в природата. Закачен на краката на подготвените жаби върху металните куки на желязната решетка, той привлече вниманието към характерната реакция на нервните окончания.

Заключенията на Галвани обаче бяха отхвърлени от друг италианец Алесандро Волта. Интересувайки се от възможността да получава електричество от животински организми, той провежда серия от експерименти с жаби. Но заключението му е пълната противоположност на предишните хипотези.

Волта обърна внимание на факта, че живият организъм е само индикатор за електрическо изхвърляне. Когато преминава токът, мускулите на краката се съкращават, което показва потенциалната разлика. Източникът на електрическото поле е контактът на различни метали. Колкото по-отдалечени са те в серия от химически елементи, толкова по-значим е ефектът.

Плочите от различни метали, подплатени с хартиени дискове, импрегнирани с електролитен разтвор, създават необходимата разлика в потенциала за дълго време. И нека е ниско (1,1 V), но електрическият ток може да бъде изследван за дълго време. Основното е, че напрежението остана непроменено толкова дълго.

Какво става?

Защо е ефектът, наречен в източниците, наречен "галванични клетки"?

Два метални електрода, поставени в диелектрик, играят различни роли. Единият доставя електрони, другият ги завладява. Процесът на окислително-редукционна реакция води до появата на излишък от електрони на един електрод, който се нарича отрицателен полюс и дефект на втория, който ние наричаме положителния полюс на източника.

В най-простите галванични клетки, окислителните реакции се появяват на един електрод, намалявайки реакциите на другия. Електроните идват към електродите от външната страна на веригата. Електролитът е проводник на йонния ток във вътрешността на източника. Силата на съпротивлението ръководи продължителността на процеса.

Меден цинков елемент

Принципът на действие на галваничните клетки е интересно да се разгледа примерът на медно-цинкова галванична клетка, чийто ефект се дължи на енергията на цинка и медния сулфат. В този източник се поставя плоча от мед в разтвор меден сулфат, и цинковият електрод се потапя в разтвор на цинков сулфат. Разтворите се разделят от поресто уплътнение, за да се избегне смесването, но те винаги влизат в контакт.

Ако веригата е затворена, повърхностният слой цинк се окислява. В процеса на взаимодействие с течност, цинковите атоми, превърнати в йони, се появяват в разтвор. Електроните се освобождават от електрода, който може да участва в образуването на ток.

Получавайки меден електрод, електроните участват в реакцията на възстановяване. Медните йони идват от разтвора до повърхностния слой, те се превръщат в медни атоми по време на редукционния процес, като се отлагат върху медна плоча.

Обобщете какво се случва: процесът на действие на галваничната клетка се придружава от прехода на електроните на редуциращия агент към окислителя по протежение на външната част на веригата. Реакциите протичат и на двата електрода. Вътре в източника тече потокът от йони.

Трудности при употреба

По принцип, всяка от възможните реакции на окисление-редукция може да се използва в батериите. Но няма толкова много вещества, които да работят в ценни технически елементи. Освен това много реакции изискват разходите за скъпи вещества.

Съвременните батерии имат по-проста структура. Два електрода, поставени в един електролит, зареждат съда - корпуса на акумулатора. Тези характеристики на дизайна опростяват структурата и намаляват разходите за батериите.

Всяка галванична клетка е способна да произвежда постоянен ток.

Настоящото съпротивление не позволява на всички йони да бъдат на електродите едновременно, така че елементът работи достатъчно дълго. Химическите реакции на йонната формация рано или късно престават, елементът се разтоварва.

Вътрешно съпротивление източник на ток е от голямо значение.

Малко за съпротива

Използването на електрически ток неоспоримо донесе научно-техническия прогрес на ново ниво, което му даде огромен тласък. Но силата на съпротива срещу потока на тока се превръща в пътя на такова развитие.

От една страна, електрическият ток има безценни свойства, използвани в ежедневието и технологиите, от друга - има значителни противопоставяния. Физиката като наука за природата се опитва да установи баланс, да съчетае тези обстоятелства.

Съпротивлението на тока възниква от взаимодействието на електрически заредените частици с веществото, с което те се движат. Невъзможно е този процес да се изключи при нормални температурни условия.

съпротивление

Вътрешно съпротивление източникът на тока и противодействието на външната част на веригата имат някак различна природа, но същото при тези процеси е изпълнението на работата по трансфер на заряд.

Самата работа зависи само от свойствата на източника и от неговия пълнеж: качествата на електродите и електролита, както и за външните части на веригата, чиято устойчивост зависи от геометричните параметри и химическите характеристики на материала. Например устойчивостта на метална тел се увеличава с нарастващата дължина и намалява с разширяването на площта на напречното сечение. Когато решава проблема за намаляване на съпротивлението, физиката препоръчва използването на специализирани материали.

Текуща работа

Според закона на Джаул-Ленц, количеството топлина в проводниците е пропорционално на съпротивлението. Ако количеството топлина е Q_вътр., силата на тока I, времето на потока му t, тогава получаваме:

• Q_вътр. = I^{2 middot-}R middot- т,

където r е вътрешното съпротивление на източника на ток.

В цялата верига, която включва както вътрешни, така и външни части от нея, общото количество топлина ще бъде освободено, формулата на която има формата:

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

Известно е как се обозначава съпротивлението във физиката: външната верига (всички елементи освен източника) има съпротивление R.

Законът на Ом за цялата верига

Вземаме под внимание, че основната работа се извършва от външни сили в текущия източник. Неговата величина е равна на произведението на заряда, носено от полето и електромоторната сила на източника:

• р middot-E = I² middot-(r + R) middot- т.

осъзнавайки, че зарядът е равен на продукта на текущата сила към момента на потока му, имаме:

• E = I middot- (r + R).

В съответствие с причинно-следствената връзка, законът на Ом има формата:

• I = E: (r + R).

Текуща сила в затворена верига е пряко пропорционална на EMF на източника на ток и е обратно пропорционална на общото (общо) съпротивление на веригата.

Въз основа на този модел е възможно да се определи вътрешното съпротивление на източника на ток.

Капацитет за източване на източника

Основните характеристики на източниците включват капацитета за заустване. Максималното количество електроенергия, получено по време на работа при определени условия, зависи от разрядния ток.

В идеалния случай, когато се изпълняват определени приближения, капацитетът за разреждане може да се счита за постоянен.

Например стандартна батерия с потенциална разлика от 1,5 V има капацитет на разряд от 0,5 Amidot-h. Ако токът на изтощаване е 100 mA, то работи за 5 часа.

Методи за зареждане на батерията

Използването на батериите води до тяхното изхвърляне. Възстановяване на батерии, зареждането на малки елементи се извършва с помощта на ток, чиято мощност не надвишава една десета от капацитета на източника.

Предлагат се следните методи за зареждане:

• използването на непроменен ток за дадено време (около 16 часа с ток от 0,1 на капацитета на батерията);
• зареждане от долен ток до предварително определена стойност на потенциалната разлика;
• използване на небалансирани токове;
• последователното прилагане на кратки импулси за зареждане и зареждане, при които времето на първото надвишава времето на второто.

Практическа работа

Предлага се задачата: да се определи вътрешното съпротивление на източника на ток и ЕМП.

За да го изпълнявате, трябва да запасите източник на ток, амперметър, волтметър, реостат на плъзгача, ключ, комплект проводници.

използването на Законът на Ом за затворена верига ще определи вътрешното съпротивление на източника на ток. За това е необходимо да се знае неговият ЕМП, стойността на съпротивлението на реостата.

Формулата за текущото съпротивление във външната част на веригата може да бъде определена от Закона на Ом за веригата:

• I = U: R,

където аз е ток във външната част на веригата, измерена с амперметър-U е напрежението на външното съпротивление.

За да се увеличи точността на измерванията се правят най-малко 5 пъти. За какво е това? Измерени в хода на експеримента, по-късно се използват напрежение, съпротивление, ток (или по-скоро ток).

За да се определи ЕМП на тока източник, нека да използваме факта, че напрежението в своите терминали с отворен ключ е на практика равно на ЕМП.

Ще сложим верига батерии, реостат, амперметър и ключ в серия. Свържете волтметъра към клемите на източника на ток. След като отворим ключа, свалим свидетелството му.

Вътрешното съпротивление, чиято формула се получава от закона на Ом за цялата верига, се определя от математическите изчисления:

• I = E: (r + R).
• r = E: I-U: I.

Измерванията показват, че вътрешното съпротивление е много по-малко от външното съпротивление.

Практическата функция на батериите и батериите е широко използвана. Безспорна сигурност за околната среда на електродвигателите не е под съмнение, а за създаване на просторна, ергономична батерия - проблем на съвременната физика. Решението му ще доведе до нов етап на развитие на автомобилното оборудване.

Малки, леки, големи батерии също са от съществено значение за мобилните електронни устройства. Използваното в тях количество енергия е пряко свързано с оперативността на устройствата.