Keperluan untuk memperkenalkan istilah boleh digambarkan melalui contoh berikut. Mari kita bandingkan dua sumber DC kimia dengan voltan yang sama:

• Bateri asid plumbum kereta dengan voltan 12 volt dan kapasiti 55 Ah
• Lapan bateri AA disambungkan secara bersiri. Jumlah voltan bateri sedemikian juga 12 volt, kapasitinya jauh lebih kecil - kira-kira 1 Ah

Walaupun voltan yang sama, sumber ini berbeza dengan ketara apabila beroperasi pada beban yang sama. Oleh itu, bateri kereta mampu menghantar arus yang besar ke beban (enjin kereta bermula dari bateri, manakala starter menggunakan arus 250 ampere), tetapi starter tidak berputar sama sekali dari rantaian bateri. Kapasiti bateri yang agak kecil bukanlah sebabnya: satu amp-jam dalam bateri sudah cukup untuk memutarkan pemula selama 14 saat (pada arus 250 amp).

Oleh itu, untuk rangkaian dua terminal yang mengandungi sumber (iaitu, penjana voltan dan penjana arus), adalah perlu untuk bercakap secara khusus tentang dalaman rintangan (atau impedans). Jika rangkaian dua terminal tidak mengandungi sumber, maka “ dalaman rintangan" untuk rangkaian dua terminal sedemikian bermaksud sama dengan cuma"rintangan".

Istilah berkaitan

Jika dalam mana-mana sistem adalah mungkin untuk membezakan input dan/atau output, maka istilah berikut sering digunakan:

Prinsip fizikal

Walaupun fakta bahawa dalam litar setara rintangan dalaman dibentangkan sebagai satu elemen pasif (dan rintangan aktif, iaitu, perintang semestinya ada di dalamnya), rintangan dalaman tidak tertumpu pada mana-mana satu elemen. Rangkaian dua terminal hanya secara luaran berkelakuan seolah-olah ia mempunyai impedans dalaman tertumpu dan penjana voltan. Pada hakikatnya, rintangan dalaman adalah manifestasi luaran satu set kesan fizikal:

• Jika dalam rangkaian dua terminal hanya ada sumber tenaga tanpa sebarang litar elektrik (contohnya, sel galvanik), maka rintangan dalaman hampir aktif semata-mata (melainkan kita bercakap tentang frekuensi yang sangat tinggi), ia disebabkan oleh kesan fizikal yang tidak membenarkan kuasa dihantar oleh sumber ini ke beban melebihi had tertentu. Contoh paling mudah bagi kesan sedemikian ialah rintangan bukan sifar konduktor litar elektrik. Tetapi, sebagai peraturan, sumbangan terbesar kepada had kuasa datang daripada kesannya bukan elektrik alam semula jadi. Jadi, sebagai contoh, dalam kuasa ia boleh dihadkan oleh kawasan sentuhan bahan yang mengambil bahagian dalam tindak balas, dalam penjana stesen janakuasa hidroelektrik - oleh tekanan air terhad, dsb.
• Dalam kes rangkaian dua terminal yang mengandungi bahagian dalam gambarajah elektrik, rintangan dalaman "tersebar" dalam elemen litar (sebagai tambahan kepada mekanisme yang disenaraikan di atas dalam sumber).

Ini juga membayangkan beberapa ciri rintangan dalaman:

Pengaruh rintangan dalaman pada sifat rangkaian dua terminal

Kesan rintangan dalaman adalah sifat penting mana-mana rangkaian dua terminal yang aktif. Hasil utama kehadiran rintangan dalaman adalah untuk mengehadkan kuasa elektrik yang boleh diperolehi dalam beban yang dibekalkan daripada rangkaian dua terminal ini.

Biarkan terdapat rangkaian dua terminal, yang boleh diterangkan oleh litar setara di atas. Rangkaian dua terminal mempunyai dua parameter yang tidak diketahui yang perlu dicari:

• Penjana voltan EMF U
• Rintangan dalaman r

Secara umum, untuk menentukan dua yang tidak diketahui, perlu membuat dua ukuran: mengukur voltan pada output rangkaian dua terminal (iaitu, perbezaan potensi U keluar = φ 2 − φ 1) pada dua arus beban yang berbeza. Kemudian parameter yang tidak diketahui boleh didapati daripada sistem persamaan:

di mana U keluar1 saya 1, Uout2- voltan keluaran pada arus saya 2. Dengan menyelesaikan sistem persamaan, kita dapati yang tidak diketahui:

Biasanya, teknik yang lebih mudah digunakan untuk mengira rintangan dalaman: voltan dalam mod tanpa beban dan arus dalam mod litar pintas rangkaian dua terminal ditemui. Dalam kes ini, sistem () ditulis seperti berikut:

di mana U oc- voltan keluaran dalam mod melahu (ms. litar terbuka), iaitu, pada arus beban sifar; Isc- beban arus dalam mod litar pintas (ms. litar pintas), iaitu, di bawah beban dengan rintangan sifar. Ia diambil kira di sini bahawa arus keluaran dalam mod tanpa beban dan voltan keluaran dalam mod litar pintas adalah sifar. Dari persamaan terakhir kita segera mendapat:

Pengukuran

Konsep pengukuran terpakai pada peranti sebenar (tetapi tidak pada litar). Pengukuran langsung dengan ohmmeter adalah mustahil, kerana mustahil untuk menyambungkan probe peranti ke terminal rintangan dalaman. Oleh itu, pengukuran tidak langsung adalah perlu, yang pada asasnya tidak berbeza daripada pengiraan - voltan merentasi beban juga diperlukan pada dua nilai arus yang berbeza. Walau bagaimanapun, tidak selalu mungkin untuk menggunakan formula yang dipermudahkan (2), kerana tidak setiap rangkaian dua terminal sebenar membenarkan operasi dalam mod litar pintas.

Kadang-kadang kaedah pengukuran mudah berikut digunakan, yang tidak memerlukan pengiraan:

• Voltan litar terbuka diukur
• Perintang boleh ubah disambungkan sebagai beban dan rintangannya dipilih supaya voltan merentasinya adalah separuh voltan litar terbuka.

Selepas prosedur yang diterangkan, rintangan perintang beban mesti diukur dengan ohmmeter - ia akan sama dengan rintangan dalaman rangkaian dua terminal.

Walau apa pun kaedah pengukuran yang digunakan, seseorang harus berhati-hati dengan membebankan rangkaian dua terminal dengan arus yang berlebihan, iaitu, arus tidak boleh melebihi nilai maksimum yang dibenarkan untuk rangkaian dua terminal tertentu.

Rintangan dalaman reaktif

Jika litar setara rangkaian dua terminal mengandungi unsur reaktif - kapasitor dan/atau induktor, maka pengiraan Rintangan dalaman reaktif dilakukan dengan cara yang sama seperti rintangan aktif, tetapi bukannya rintangan perintang, impedans kompleks unsur-unsur yang termasuk dalam litar diambil, dan bukannya voltan dan arus, amplitud kompleksnya diambil, iaitu, pengiraan dibuat dengan kaedah amplitud kompleks.

Pengukuran reaktans mempunyai beberapa ciri khas kerana ia adalah fungsi bernilai kompleks dan bukannya nilai skalar:

• Anda boleh mencari pelbagai parameter nilai kompleks: modulus, hujah, hanya bahagian sebenar atau khayalan, serta keseluruhan nombor kompleks. Sehubungan itu, teknik pengukuran akan bergantung kepada apa yang ingin kita perolehi.
• Mana-mana parameter yang disenaraikan bergantung pada kekerapan. Secara teorinya, untuk mendapatkan maklumat lengkap tentang rintangan reaktif dalaman melalui pengukuran, adalah perlu untuk mengalih keluar ketagihan pada kekerapan, iaitu, menjalankan pengukuran di semua orang frekuensi yang boleh dihasilkan oleh sumber rangkaian dua terminal tertentu.

Permohonan

Dalam kebanyakan kes, kita tidak sepatutnya bercakap tentang permohonan rintangan dalaman, dan tentang perakaunan kesan negatifnya, kerana rintangan dalaman agak kesan negatif. Walau bagaimanapun, dalam sesetengah sistem rintangan dalaman nominal adalah penting.

Penyederhanaan litar setara

Perwakilan rangkaian dua terminal sebagai gabungan penjana voltan dan rintangan dalaman adalah litar setara yang paling mudah dan paling kerap digunakan bagi rangkaian dua terminal.

Padanan Sumber-Beban

Memadankan sumber dan beban ialah pilihan nisbah rintangan beban dan rintangan dalaman sumber untuk mencapai sifat tertentu sistem yang terhasil (sebagai peraturan, mereka cuba mencapai nilai maksimum mana-mana parameter untuk sumber yang diberikan). Jenis padanan yang paling biasa digunakan ialah:

Padanan arus dan kuasa harus digunakan dengan berhati-hati kerana terdapat risiko membebankan sumber.

Pengurangan Voltan Tinggi

Kadangkala rintangan yang besar ditambah secara buatan pada sumber (ia ditambah kepada rintangan dalaman sumber) untuk mengurangkan dengan ketara voltan yang diterima daripadanya. Walau bagaimanapun, menambah perintang sebagai rintangan tambahan (yang dipanggil perintang pelindapkejutan) membawa kepada kuasa yang tidak berguna diperuntukkan kepadanya. Untuk mengelakkan pembaziran tenaga, sistem AC menggunakan galangan redaman reaktif, selalunya kapasitor. Beginilah cara bekalan kuasa kapasitor dibina. Begitu juga, menggunakan paip kapasitif daripada talian kuasa voltan tinggi, anda boleh mendapatkan voltan kecil untuk menggerakkan mana-mana peranti autonomi.

Meminimumkan bunyi bising

Apabila menguatkan isyarat lemah, tugas sering timbul untuk meminimumkan hingar yang diperkenalkan oleh penguat ke dalam isyarat. Untuk tujuan ini istimewa penguat hingar rendah, walau bagaimanapun, ia direka sedemikian rupa sehingga angka hingar terendah dicapai hanya dalam julat tertentu galangan keluaran sumber isyarat. Sebagai contoh, penguat hingar rendah memberikan bunyi minimum hanya pada julat impedans keluaran sumber 1 kΩ hingga 10 kΩ; jika sumber isyarat mempunyai galangan keluaran yang lebih rendah (contohnya, mikrofon dengan galangan keluaran 30 Ohms), maka pengubah langkah naik hendaklah digunakan antara sumber dan penguat, yang akan meningkatkan galangan keluaran (serta voltan isyarat) kepada nilai yang diperlukan.

Sekatan

Konsep rintangan dalaman diperkenalkan melalui litar setara, jadi sekatan yang sama digunakan seperti untuk kebolehgunaan litar setara.

Contoh

Nilai rintangan dalaman adalah relatif: apa yang dianggap kecil, sebagai contoh, untuk sel galvanik, adalah sangat besar untuk bateri yang berkuasa. Di bawah adalah contoh rangkaian dua terminal dan nilai rintangan dalamannya r. Kes remeh rangkaian dua terminal tiada sumber dinyatakan secara khusus.

Rintangan dalaman yang rendah

Rintangan dalaman yang tinggi

Rintangan dalaman negatif

Terdapat rangkaian dua terminal yang mempunyai rintangan dalamannya negatif maksudnya. Dalam keadaan biasa aktif rintangan, pelesapan tenaga berlaku, dalam reaktif Dalam rintangan, tenaga disimpan dan kemudian dilepaskan semula ke sumbernya. Keistimewaan rintangan negatif ialah ia sendiri merupakan sumber tenaga. Oleh itu, rintangan negatif tidak berlaku dalam bentuk tulen; ia hanya boleh disimulasikan oleh litar elektronik, yang semestinya mengandungi sumber tenaga. Rintangan dalaman negatif boleh dicapai dalam litar dengan menggunakan:

• unsur dengan rintangan pembezaan negatif, seperti diod terowong

Sistem dengan rintangan negatif berpotensi tidak stabil dan oleh itu boleh digunakan untuk membina pengayun sendiri.

lihat juga

Pautan

kesusasteraan

• Zernov N.V., Karpov V.G. Teori litar kejuruteraan radio. - M. - L.: Tenaga, 1965. - 892 hlm.
• Jones M.H. Elektronik - kursus praktikal. - M.: Tekhnosphere, 2006. - 512 p. ISBN 5-94836-086-5

Nota

Yayasan Wikimedia. 2010.

• Kamus penerangan istilah politeknik
• 
  

Undang-undang Ohm untuk litar lengkap, definisi yang berkaitan dengan nilai arus elektrik dalam litar sebenar, bergantung pada sumber arus dan rintangan beban. Undang-undang ini juga mempunyai nama lain - hukum Ohm untuk litar tertutup. Prinsip operasi undang-undang ini adalah seperti berikut.

Sebagai contoh paling mudah, lampu elektrik, yang merupakan pengguna arus elektrik, bersama-sama dengan sumber arus tidak lebih daripada litar tertutup. Litar elektrik ini jelas ditunjukkan dalam rajah.

Arus elektrik yang melalui mentol juga melalui sumber arus itu sendiri. Oleh itu, semasa melalui litar, arus akan mengalami rintangan bukan sahaja konduktor, tetapi juga rintangan, secara langsung, sumber arus itu sendiri. Dalam sumber, rintangan dicipta oleh elektrolit yang terletak di antara plat dan lapisan sempadan plat dan elektrolit. Ia berikutan bahawa dalam litar tertutup, jumlah rintangannya akan terdiri daripada jumlah rintangan mentol lampu dan sumber arus.

Rintangan luaran dan dalaman

Rintangan beban, dalam kes ini mentol lampu, disambungkan ke sumber arus dipanggil rintangan luaran. Rintangan langsung sumber arus dipanggil rintangan dalaman. Untuk perwakilan proses yang lebih visual, semua nilai mesti ditetapkan secara konvensional. I - , R - rintangan luaran, r - rintangan dalaman. Apabila arus mengalir melalui litar elektrik, untuk mengekalkannya, mesti ada perbezaan potensi antara hujung litar luaran, yang mempunyai nilai IxR. Walau bagaimanapun, aliran arus juga diperhatikan dalam litar dalaman. Ini bermakna untuk mengekalkan arus elektrik dalam litar dalaman, beza keupayaan pada hujung rintangan r juga diperlukan. Nilai beza potensi ini adalah sama dengan Iхr.

Daya gerak elektrik bateri

Bateri mesti mempunyai nilai daya gerak elektrik berikut yang mampu mengekalkan arus yang diperlukan dalam litar: E=IxR+Ixr. Daripada formula itu jelas bahawa daya gerak elektrik bateri adalah jumlah luaran dan dalaman. Nilai semasa mesti dikeluarkan daripada kurungan: E=I(r+R). Jika tidak, anda boleh bayangkan: I=E/(r+R) . Dua formula terakhir menyatakan hukum Ohm untuk litar lengkap, definisinya adalah seperti berikut: dalam litar tertutup, kekuatan semasa adalah berkadar terus dengan daya gerak elektrik dan berkadar songsang dengan jumlah rintangan litar ini.

Arus elektrik dalam konduktor timbul di bawah pengaruh medan elektrik, menyebabkan zarah bercas bebas bergerak ke arah. Menjana arus zarah adalah masalah yang serius. Untuk membina peranti sedemikian yang akan mengekalkan perbezaan potensi medan untuk masa yang lama di satu negeri adalah tugas yang hanya mungkin untuk diselesaikan oleh manusia pada akhir abad ke-18.

Percubaan pertama

Percubaan pertama untuk "menyimpan elektrik" untuk penyelidikan dan penggunaan selanjutnya dibuat di Belanda. Ewald Jürgen von Kleist Jerman dan orang Belanda Pieter van Musschenbroek, yang menjalankan penyelidikan mereka di bandar Leiden, mencipta kapasitor pertama di dunia, kemudian dipanggil "balang Leyden".

Pengumpulan cas elektrik telah berlaku di bawah pengaruh geseran mekanikal. Adalah mungkin untuk menggunakan pelepasan melalui konduktor untuk tempoh masa tertentu yang agak singkat.

Kemenangan fikiran manusia terhadap bahan fana seperti elektrik ternyata revolusioner.

Malangnya, nyahcas (arus elektrik yang dicipta oleh kapasitor) bertahan terlalu singkat sehingga tidak dapat dicipta. Di samping itu, voltan yang dibekalkan oleh kapasitor secara beransur-ansur berkurangan, yang tidak meninggalkan kemungkinan menerima arus jangka panjang.

Ia perlu mencari jalan lain.

Sumber pertama

Eksperimen Galvani Itali mengenai "elektrik haiwan" adalah percubaan asal untuk mencari sumber semula jadi arus dalam alam semula jadi. Menggantung kaki katak yang dibedah pada cangkuk logam grid besi, dia menarik perhatian kepada reaksi ciri hujung saraf.

Bagaimanapun, kesimpulan Galvani telah disangkal oleh seorang lagi warga Itali, Alessandro Volta. Berminat dengan kemungkinan mendapatkan elektrik daripada organisma haiwan, dia menjalankan satu siri eksperimen dengan katak. Tetapi kesimpulannya ternyata bertentangan sepenuhnya dengan hipotesis sebelumnya.

Volta menyedari bahawa organisma hidup hanyalah penunjuk nyahcas elektrik. Apabila arus berlalu, otot-otot kaki mengecut, menunjukkan perbezaan potensi. Sumber medan elektrik ternyata adalah sentuhan logam yang tidak serupa. Semakin jauh mereka berada dalam siri unsur kimia, semakin ketara kesannya.

Plat logam yang tidak serupa, yang dilapisi dengan cakera kertas yang direndam dalam larutan elektrolit, mencipta perbezaan potensi yang diperlukan untuk masa yang lama. Dan walaupun ia rendah (1.1 V), arus elektrik boleh dikaji untuk masa yang lama. Perkara utama ialah ketegangan kekal tidak berubah untuk sekian lama.

Apa yang sedang berlaku

Mengapakah kesan ini berlaku dalam sumber yang dipanggil "sel galvanik"?

Dua elektrod logam yang diletakkan dalam dielektrik memainkan peranan yang berbeza. Satu membekalkan elektron, yang lain menerimanya. Proses tindak balas redoks membawa kepada kemunculan lebihan elektron pada satu elektrod, yang dipanggil kutub negatif, dan kekurangan pada kedua, yang akan kita tetapkan sebagai kutub positif sumber.

Dalam sel galvanik yang paling mudah, tindak balas pengoksidaan berlaku pada satu elektrod, tindak balas pengurangan pada yang lain. Elektron datang ke elektrod dari bahagian luar litar. Elektrolit ialah konduktor arus ion di dalam sumber. Daya rintangan mengawal tempoh proses.

Unsur tembaga-zink

Adalah menarik untuk mempertimbangkan prinsip operasi sel galvanik menggunakan contoh sel galvanik tembaga-zink, yang tindakannya berasal dari tenaga zink dan tembaga sulfat. Dalam sumber ini, plat kuprum diletakkan dalam larutan dan elektrod zink direndam dalam larutan zink sulfat. Penyelesaian dipisahkan oleh pengatur berliang untuk mengelakkan percampuran, tetapi ia mesti bersentuhan.

Jika litar ditutup, lapisan permukaan zink teroksida. Dalam proses interaksi dengan cecair, atom zink, berubah menjadi ion, muncul dalam larutan. Elektron dilepaskan pada elektrod, yang boleh mengambil bahagian dalam pembentukan arus.

Sekali pada elektrod kuprum, elektron mengambil bahagian dalam tindak balas pengurangan. Ion kuprum datang daripada larutan ke lapisan permukaan; semasa proses pengurangan, ia bertukar menjadi atom kuprum, mengendap pada plat kuprum.

Mari kita ringkaskan apa yang berlaku: proses operasi sel galvanik disertai dengan peralihan elektron daripada agen penurunan kepada agen pengoksidaan di sepanjang bahagian luar litar. Tindak balas berlaku pada kedua-dua elektrod. Arus ion mengalir di dalam sumber.

Kesukaran penggunaan

Pada dasarnya, sebarang tindak balas redoks yang mungkin boleh digunakan dalam bateri. Tetapi tidak begitu banyak bahan yang mampu bekerja dalam unsur-unsur teknikal yang berharga. Selain itu, banyak tindak balas memerlukan bahan mahal.

Bateri moden mempunyai struktur yang lebih ringkas. Dua elektrod diletakkan dalam satu elektrolit mengisi vesel - badan bateri. Ciri reka bentuk sedemikian memudahkan struktur dan mengurangkan kos bateri.

Mana-mana sel galvanik mampu menghasilkan arus terus.

Rintangan semasa tidak membenarkan semua ion muncul pada elektrod pada masa yang sama, jadi elemen beroperasi untuk masa yang lama. Tindak balas kimia pembentukan ion lambat laun terhenti, dan unsur itu dilepaskan.

Sumber semasa sangat penting.

Sedikit tentang rintangan

Penggunaan arus elektrik, sudah pasti, membawa kemajuan saintifik dan teknologi ke tahap yang baru dan memberikannya dorongan yang besar. Tetapi daya rintangan terhadap aliran arus menghalang perkembangan sedemikian.

Di satu pihak, arus elektrik mempunyai sifat yang tidak ternilai yang digunakan dalam kehidupan seharian dan teknologi, sebaliknya, terdapat rintangan yang ketara. Fizik, sebagai sains alam semula jadi, cuba mewujudkan keseimbangan dan menyelaraskan keadaan ini.

Rintangan semasa timbul disebabkan oleh interaksi zarah bercas elektrik dengan bahan yang melaluinya ia bergerak. Tidak mustahil untuk mengecualikan proses ini di bawah keadaan suhu biasa.

Rintangan

Sumber semasa dan rintangan bahagian luar litar mempunyai sifat yang sedikit berbeza, tetapi yang sama dalam proses ini ialah kerja yang dilakukan untuk menggerakkan cas.

Kerja itu sendiri hanya bergantung pada sifat sumber dan pengisiannya: kualiti elektrod dan elektrolit, serta untuk bahagian luar litar, rintangan yang bergantung pada parameter geometri dan ciri kimia bahan. Sebagai contoh, rintangan dawai logam bertambah dengan panjangnya dan berkurangan dengan bertambahnya luas keratan rentas. Apabila menyelesaikan masalah bagaimana untuk mengurangkan rintangan, fizik mengesyorkan menggunakan bahan khusus.

Kerja semasa

Selaras dengan undang-undang Joule-Lenz, sejumlah haba dibebaskan dalam konduktor berkadar dengan rintangan. Jika jumlah haba dilambangkan dengan Q int. , kekuatan semasa I, masa alirannya t, maka kita dapat:

• Q dalaman = I 2 r t,

di mana r ialah rintangan dalaman sumber semasa.

Dalam keseluruhan rantai, termasuk kedua-dua bahagian dalaman dan luarannya, jumlah haba akan dibebaskan, formulanya ialah:

• Q jumlah = I 2 r t + I 2 R t = I 2 (r +R) t,

Telah diketahui bagaimana rintangan dilambangkan dalam fizik: litar luaran (semua elemen kecuali sumber) mempunyai rintangan R.

Hukum Ohm untuk litar lengkap

Marilah kita mengambil kira bahawa kerja utama dilakukan oleh kuasa luar di dalam sumber semasa. Nilainya adalah sama dengan hasil darab cas yang dipindahkan oleh medan dan daya gerak elektrik punca:

• q · E = I 2 · (r + R) · t.

Memahami bahawa cas adalah sama dengan produk kekuatan semasa dan masa ia mengalir, kami mempunyai:

• E = I (r + R).

Selaras dengan hubungan sebab-akibat, hukum Ohm mempunyai bentuk:

• I = E: (r + R).

Dalam litar tertutup, EMF sumber arus adalah berkadar terus dan berkadar songsang dengan jumlah rintangan (kesan) litar.

Berdasarkan corak ini, adalah mungkin untuk menentukan rintangan dalaman sumber semasa.

Kapasiti pelepasan sumber

Ciri-ciri utama sumber termasuk kapasiti nyahcas. Jumlah maksimum elektrik yang diperoleh semasa operasi dalam keadaan tertentu bergantung pada kekuatan arus nyahcas.

Dalam kes yang ideal, apabila anggaran tertentu dibuat, kapasiti nyahcas boleh dianggap malar.

Sebagai contoh, bateri standard dengan beza keupayaan 1.5 V mempunyai kapasiti nyahcas sebanyak 0.5 Ah. Jika arus nyahcas ialah 100 mA, ia berfungsi selama 5 jam.

Kaedah untuk mengecas bateri

Menggunakan bateri akan mengurasnya. pengecasan elemen bersaiz kecil dijalankan menggunakan arus yang kekuatannya tidak melebihi satu persepuluh kapasiti sumber.

Kaedah pengecasan berikut tersedia:

• menggunakan arus malar untuk masa tertentu (kira-kira 16 jam dengan arus kapasiti bateri 0.1);
• mengecas dengan arus yang semakin berkurangan kepada beza keupayaan tertentu;
• penggunaan arus asimetri;
• aplikasi berurutan denyutan pendek pengecasan dan nyahcas, di mana masa yang pertama melebihi masa yang kedua.

Kerja praktikal

Tugasan dicadangkan: tentukan rintangan dalaman sumber semasa dan emf.

Untuk melaksanakannya, anda perlu menyimpan sumber arus, ammeter, voltmeter, rheostat gelangsar, kunci dan satu set konduktor.

Penggunaan akan membolehkan anda menentukan rintangan dalaman sumber semasa. Untuk melakukan ini, anda perlu mengetahui EMFnya dan nilai rintangan reostat.

Formula pengiraan bagi rintangan semasa di bahagian luar litar boleh ditentukan daripada hukum Ohm untuk bahagian litar:

• I=U:R,

di mana I ialah kekuatan semasa di bahagian luar litar, diukur dengan ammeter; U ialah voltan merentasi rintangan luar.

Untuk meningkatkan ketepatan, pengukuran diambil sekurang-kurangnya 5 kali. Untuk apa itu? Voltan, rintangan, arus (atau lebih tepatnya, kekuatan arus) yang diukur semasa eksperimen digunakan selanjutnya.

Untuk menentukan EMF sumber semasa, kami mengambil kesempatan daripada fakta bahawa voltan pada terminalnya apabila suis dibuka hampir sama dengan EMF.

Mari kita pasangkan litar bateri, reostat, ammeter dan kunci yang disambungkan secara bersiri. Kami menyambungkan voltmeter ke terminal sumber semasa. Setelah membuka kunci, kami mengambil bacaannya.

Rintangan dalaman, formula yang diperoleh daripada hukum Ohm untuk litar lengkap, ditentukan oleh pengiraan matematik:

• I = E: (r + R).
• r = E: I - U: I.

Pengukuran menunjukkan bahawa rintangan dalaman adalah jauh lebih rendah daripada rintangan luaran.

Fungsi praktikal penumpuk dan bateri digunakan secara meluas. Keselamatan alam sekitar yang tidak dapat dipertikaikan bagi motor elektrik tidak dapat dinafikan, tetapi mencipta bateri yang luas dan ergonomik adalah masalah fizik moden. Penyelesaiannya akan membawa kepada pusingan baharu pembangunan teknologi automotif.

Bateri boleh dicas semula yang kecil, ringan, berkapasiti tinggi juga penting dalam peranti elektronik mudah alih. Jumlah tenaga yang digunakan di dalamnya secara langsung berkaitan dengan prestasi peranti.

Di zaman elektrik, mungkin tidak ada orang seperti itu yang tidak tahu tentang kewujudan arus elektrik. Tetapi beberapa orang lebih mengingati daripada kursus fizik sekolah daripada nama kuantiti: arus, voltan, rintangan, hukum Ohm. Dan hanya sedikit yang ingat apa maksud perkataan ini.

Dalam artikel ini, kita akan membincangkan bagaimana arus elektrik berlaku, bagaimana ia dihantar melalui litar, dan cara menggunakan kuantiti ini dalam pengiraan. Tetapi sebelum beralih ke bahagian utama, mari kita beralih kepada sejarah penemuan arus elektrik dan sumbernya, serta definisi apa itu daya gerak elektrik.

cerita

Elektrik sebagai sumber tenaga telah diketahui sejak zaman purba, kerana alam semula jadi sendiri menghasilkannya dalam jumlah yang besar. Contoh yang menarik ialah kilat atau tanjakan elektrik. Walaupun begitu dekat dengan manusia, adalah mungkin untuk mengekang tenaga ini hanya pada pertengahan abad ketujuh belas: Otto von Guericke, burgomaster dari Magdeburg, mencipta mesin yang membolehkan menjana cas elektrostatik. Pada pertengahan abad kelapan belas, Peter von Muschenbroek, seorang saintis dari Belanda, mencipta kapasitor elektrik pertama di dunia, menamakan balang Leyden sebagai penghormatan kepada universiti tempat dia bekerja.

Mungkin, era penemuan sebenar yang didedikasikan untuk elektrik bermula dengan kerja Luigi Galvani dan Alessandro Volta, yang masing-masing mengkaji arus elektrik dalam otot dan kemunculan arus dalam sel galvanik yang dipanggil. Penyelidikan lanjut membuka mata kita kepada hubungan antara elektrik dan kemagnetan, serta beberapa fenomena yang sangat berguna (seperti aruhan elektromagnet), tanpanya adalah mustahil untuk membayangkan kehidupan kita hari ini.

Tetapi kami tidak akan menyelidiki fenomena magnetik dan akan memberi tumpuan hanya pada yang elektrik. Jadi, mari kita lihat bagaimana tenaga elektrik timbul dalam sel galvanik dan apa itu semua.

Apakah sel galvanik?

Kita boleh mengatakan bahawa ia menghasilkan elektrik kerana tindak balas kimia yang berlaku antara komponennya. Sel galvanik yang paling mudah telah dicipta oleh Alessandro Volta dan dinamakan sempena namanya sebagai lajur volta. Ia terdiri daripada beberapa lapisan, berselang-seli antara satu sama lain: plat tembaga, gasket konduktif (dalam versi reka bentuk rumah, bulu kapas yang dibasahkan dengan air garam digunakan) dan plat zink.

Apakah tindak balas yang berlaku di dalamnya?

Mari kita lihat dengan lebih dekat proses yang membolehkan kita menjana elektrik menggunakan sel galvanik. Terdapat hanya dua transformasi sedemikian: pengoksidaan dan pengurangan. Apabila satu unsur, agen penurunan, teroksida, ia memberikan elektron kepada unsur lain, agen pengoksidaan. Agen pengoksidaan pula dikurangkan dengan menerima elektron. Dengan cara ini, zarah bercas bergerak dari satu plat ke plat yang lain, dan ini, seperti yang diketahui, dipanggil arus elektrik.

Dan sekarang mari kita beralih dengan lancar ke topik utama artikel ini - EMF sumber semasa. Dan pertama, mari kita lihat apakah daya gerak elektrik (EMF) ini.

Apakah EMF?

Kuantiti ini boleh diwakili sebagai kerja daya (iaitu "kerja") yang dilakukan apabila cas bergerak di sepanjang litar elektrik tertutup. Selalunya mereka juga membuat penjelasan bahawa caj mestilah positif dan unit. Dan ini adalah tambahan penting, kerana hanya dalam keadaan ini daya gerak elektrik boleh dianggap sebagai kuantiti yang boleh diukur dengan tepat. Dengan cara ini, ia diukur dalam unit yang sama seperti voltan: volt (V).

EMF sumber semasa

Seperti yang anda tahu, setiap bateri atau bateri mempunyai nilai rintangan tersendiri yang boleh dihasilkannya. Nilai ini, emf bagi sumber semasa, menunjukkan berapa banyak kerja yang dilakukan oleh daya luaran untuk menggerakkan cas sepanjang litar di mana bateri atau penumpuk disambungkan.

Ia juga bernilai menjelaskan jenis arus yang dihasilkan oleh sumber: malar, berselang-seli atau berdenyut. Sel galvanik, termasuk akumulator dan bateri, sentiasa menghasilkan hanya arus elektrik terus. EMF sumber semasa dalam kes ini akan sama dalam magnitud dengan voltan keluaran pada kenalan sumber.

Kini tiba masanya untuk mengetahui mengapa kuantiti seperti EMF diperlukan secara umum, dan cara menggunakannya apabila mengira kuantiti lain litar elektrik.

Formula EMF

Kami telah mengetahui bahawa EMF sumber semasa adalah sama dengan kerja kuasa luar untuk menggerakkan caj. Untuk lebih jelas, kami memutuskan untuk menulis formula untuk kuantiti ini: E = A daya luar / q, di mana A ialah kerja, dan q ialah caj di mana kerja dilakukan. Sila ambil perhatian bahawa jumlah caj diambil, bukan caj unit. Ini dilakukan kerana kami menganggap kerja daya untuk menggerakkan semua cas dalam konduktor. Dan nisbah kerja kepada pengecasan ini akan sentiasa malar untuk sumber tertentu, kerana tidak kira berapa banyak zarah bercas yang anda ambil, jumlah kerja khusus untuk setiap satu daripadanya adalah sama.

Seperti yang anda lihat, formula untuk daya gerak elektrik tidak begitu rumit dan hanya terdiri daripada dua kuantiti. Sudah tiba masanya untuk beralih kepada salah satu soalan utama yang timbul daripada artikel ini.

Mengapa EMF diperlukan?

Telah dikatakan bahawa EMF dan voltan sebenarnya adalah kuantiti yang sama. Jika kita mengetahui nilai EMF dan rintangan dalaman sumber semasa, maka tidak sukar untuk menggantikannya ke dalam hukum Ohm untuk litar lengkap, yang kelihatan seperti ini: I=e/(R+r) , di mana I ialah kekuatan semasa, e ialah EMF, R ialah rintangan litar, r - rintangan dalaman sumber semasa. Dari sini kita boleh menemui dua ciri litar: I dan R. Perlu diingatkan bahawa semua hujah dan formula ini hanya sah untuk litar arus terus. Dalam kes pembolehubah, formula akan berbeza sama sekali, kerana ia mematuhi undang-undang ayunannya sendiri.

Tetapi masih tidak jelas penggunaan EMF bagi sumber semasa. Dalam litar, sebagai peraturan, terdapat banyak elemen yang melaksanakan fungsinya. Dalam mana-mana telefon terdapat papan, yang juga tidak lebih daripada litar elektrik. Dan setiap litar sedemikian memerlukan sumber semasa untuk beroperasi. Dan adalah sangat penting bahawa EMFnya sepadan dengan parameter untuk semua elemen litar. Jika tidak, litar sama ada akan berhenti berfungsi atau terbakar kerana voltan tinggi di dalamnya.

Kesimpulan

Kami fikir artikel ini berguna untuk ramai orang. Sesungguhnya, dalam dunia moden adalah sangat penting untuk mengetahui sebanyak mungkin tentang perkara yang mengelilingi kita. Termasuk pengetahuan penting tentang sifat arus elektrik dan kelakuannya di dalam litar. Dan jika anda berfikir bahawa perkara seperti litar elektrik hanya digunakan di makmal dan anda jauh darinya, maka anda sangat tersilap: semua peranti yang menggunakan elektrik sebenarnya terdiri daripada litar. Dan setiap daripada mereka mempunyai sumber semasa sendiri, yang mencipta EMF.

Sumber ialah peranti yang menukarkan mekanikal, kimia, haba dan beberapa bentuk tenaga lain kepada tenaga elektrik. Dalam erti kata lain, sumber adalah elemen rangkaian aktif yang direka untuk menjana elektrik. Pelbagai jenis sumber yang terdapat dalam rangkaian elektrik ialah punca voltan dan punca arus. Kedua-dua konsep dalam elektronik ini berbeza antara satu sama lain.

Sumber voltan malar

Sumber voltan ialah peranti dengan dua kutub; voltannya adalah malar pada bila-bila masa, dan arus yang melaluinya tidak mempunyai kesan. Sumber sedemikian akan menjadi ideal, mempunyai rintangan dalaman sifar. Dalam keadaan praktikal ia tidak boleh diperolehi.

Lebihan elektron terkumpul di kutub negatif sumber voltan, dan kekurangan elektron pada kutub positif. Keadaan kutub dikekalkan oleh proses dalam sumber.

Bateri

Bateri menyimpan tenaga kimia secara dalaman dan mampu menukarkannya kepada tenaga elektrik. Bateri tidak boleh dicas semula, yang merupakan kelemahannya.

Bateri

Bateri boleh dicas semula ialah bateri boleh dicas semula. Apabila mengecas, tenaga elektrik disimpan secara dalaman sebagai tenaga kimia. Semasa memunggah, proses kimia berlaku dalam arah yang bertentangan dan tenaga elektrik dibebaskan.

Contoh:

1. Sel bateri asid plumbum. Ia diperbuat daripada elektrod plumbum dan cecair elektrolitik dalam bentuk asid sulfurik yang dicairkan dengan air suling. Voltan setiap sel adalah kira-kira 2 V. Dalam bateri kereta, enam sel biasanya disambungkan dalam litar bersiri, dan voltan yang terhasil pada terminal keluaran ialah 12 V;

1. Bateri nikel-kadmium, voltan sel – 1.2 V.

Penting! Untuk arus kecil, bateri dan akumulator boleh dianggap sebagai anggaran yang baik bagi sumber voltan yang ideal.

Sumber voltan AC

Elektrik dihasilkan di stesen janakuasa menggunakan penjana dan, selepas peraturan voltan, dihantar kepada pengguna. Voltan berselang-seli rangkaian rumah 220 V dalam bekalan kuasa pelbagai peranti elektronik mudah ditukar kepada nilai yang lebih rendah apabila menggunakan transformer.

Sumber semasa

Secara analogi, sama seperti sumber voltan yang ideal mencipta voltan malar pada output, tugas sumber arus adalah untuk menghasilkan nilai arus malar, secara automatik mengawal voltan yang diperlukan. Contohnya ialah pengubah arus (belitan sekunder), fotosel, arus pengumpul transistor.

Pengiraan rintangan dalaman sumber voltan

Sumber voltan sebenar mempunyai rintangan elektrik mereka sendiri, yang dipanggil "rintangan dalaman". Beban yang disambungkan ke terminal sumber ditetapkan sebagai "rintangan luar" - R.

Bateri bateri menjana EMF:

ε = E/Q, di mana:

• E – tenaga (J);
• Q – cas (C).

Jumlah emf sel bateri ialah voltan litar terbuka apabila tiada beban. Ia boleh disemak dengan ketepatan yang baik menggunakan multimeter digital. Perbezaan potensi yang diukur pada terminal output bateri apabila ia disambungkan kepada perintang beban akan kurang daripada voltannya apabila litar dibuka, disebabkan oleh aliran arus melalui beban luaran dan melalui rintangan dalaman sumber, ini membawa kepada pelesapan tenaga di dalamnya sebagai sinaran haba.

Rintangan dalaman bateri kimia adalah antara pecahan ohm dan beberapa ohm dan terutamanya disebabkan oleh rintangan bahan elektrolitik yang digunakan dalam pembuatan bateri.

Jika perintang dengan rintangan R disambungkan kepada bateri, arus dalam litar ialah I = ε/(R + r).

Rintangan dalaman bukan nilai tetap. Ia dipengaruhi oleh jenis bateri (beralkali, asid plumbum, dll.), dan berubah bergantung pada nilai beban, suhu dan tempoh penggunaan bateri. Contohnya, dengan bateri pakai buang, rintangan dalaman meningkat semasa penggunaan, dan oleh itu voltan menurun sehingga ia mencapai keadaan yang tidak sesuai untuk kegunaan selanjutnya.

Jika emf punca adalah kuantiti yang telah ditetapkan, rintangan dalaman punca ditentukan dengan mengukur arus yang mengalir melalui rintangan beban.

1. Oleh kerana rintangan dalaman dan luaran dalam litar anggaran disambungkan secara bersiri, anda boleh menggunakan hukum Ohm dan Kirchhoff untuk menggunakan formula:

1. Daripada ungkapan ini r = ε/I - R.

Contoh. Bateri dengan emf ε = 1.5 V yang diketahui disambungkan secara bersiri dengan mentol lampu. Penurunan voltan merentasi mentol lampu ialah 1.2 V. Oleh itu, rintangan dalaman elemen mewujudkan penurunan voltan: 1.5 - 1.2 = 0.3 V. Rintangan wayar dalam litar dianggap boleh diabaikan, rintangan lampu tidak diketahui. Arus terukur yang melalui litar: I = 0.3 A. Ia adalah perlu untuk menentukan rintangan dalaman bateri.

1. Mengikut hukum Ohm, rintangan mentol lampu ialah R = U/I = 1.2/0.3 = 4 Ohm;
2. Sekarang, mengikut formula untuk mengira rintangan dalaman, r = ε/I - R = 1.5/0.3 - 4 = 1 Ohm.

Sekiranya berlaku litar pintas, rintangan luaran menurun kepada hampir sifar. Arus hanya boleh dihadkan oleh rintangan kecil sumber. Arus yang dijana dalam keadaan sedemikian adalah sangat kuat sehingga punca voltan mungkin rosak akibat kesan haba arus dan terdapat risiko kebakaran. Risiko kebakaran dicegah dengan memasang fius, contohnya dalam litar bateri kereta.

Rintangan dalaman sumber voltan adalah faktor penting apabila memutuskan cara menghantar kuasa paling cekap kepada perkakas elektrik yang disambungkan.

Penting! Pemindahan kuasa maksimum berlaku apabila rintangan dalaman sumber adalah sama dengan rintangan beban.

Walau bagaimanapun, dalam keadaan ini, mengingati formula P = I² x R, jumlah tenaga yang sama dipindahkan ke beban dan dilesapkan dalam sumber itu sendiri, dan kecekapannya hanya 50%.

Keperluan beban mesti dipertimbangkan dengan teliti untuk memutuskan penggunaan terbaik sumber. Sebagai contoh, bateri kereta asid plumbum mesti menghantar arus yang tinggi pada voltan yang agak rendah 12 V. Rintangan dalamannya yang rendah membolehkannya melakukan ini.

Dalam sesetengah kes, bekalan kuasa voltan tinggi mesti mempunyai rintangan dalaman yang sangat tinggi untuk mengehadkan arus litar pintas.

Ciri-ciri rintangan dalaman sumber semasa

Sumber semasa yang ideal mempunyai rintangan yang tidak terhingga, tetapi untuk sumber tulen seseorang boleh membayangkan versi anggaran. Litar elektrik yang setara ialah rintangan yang disambungkan kepada sumber secara selari dan rintangan luaran.

Keluaran semasa dari sumber semasa diagihkan seperti berikut: sebahagian daripada arus mengalir melalui rintangan dalaman tertinggi dan melalui rintangan beban rendah.

Arus keluaran akan menjadi jumlah arus dalam rintangan dalaman dan beban Io = In + Iin.

Kesudahannya:

In = Iо - Iin = Iо - Un/r.

Hubungan ini menunjukkan bahawa apabila rintangan dalaman sumber arus meningkat, lebih banyak arus merentasinya berkurangan, dan perintang beban menerima kebanyakan arus. Menariknya, voltan tidak akan menjejaskan nilai semasa.

Voltan keluaran sumber sebenar:

Uout = I x (R x r)/(R +r) = I x R/(1 + R/r). Nilaikan artikel ini: