Haja ya kutambulisha neno inaweza kuonyeshwa kwa mfano ufuatao. Wacha tulinganishe vyanzo viwili vya kemikali vya DC na voltage sawa:

• Betri ya asidi ya risasi ya gari yenye voltage ya volts 12 na uwezo wa 55 Ah
• Betri nane za AA zimeunganishwa kwa mfululizo. Jumla ya voltage ya betri kama hiyo pia ni volts 12, uwezo ni mdogo sana - takriban 1 Ah

Licha ya voltage sawa, vyanzo hivi vinatofautiana kwa kiasi kikubwa wakati wa kufanya kazi kwa mzigo sawa. Kwa hivyo, betri ya gari ina uwezo wa kutoa sasa kubwa kwa mzigo (injini ya gari huanza kutoka kwa betri, wakati mwanzilishi hutumia sasa ya amperes 250), lakini mwanzilishi hauzunguki kabisa kutoka kwa mlolongo wa betri. Uwezo mdogo wa betri sio sababu: saa moja ya amp-saa katika betri itakuwa ya kutosha kuzunguka starter kwa sekunde 14 (kwa sasa ya 250 amps).

Kwa hivyo, kwa mitandao ya vituo viwili vilivyo na vyanzo (yaani, jenereta za voltage na jenereta za sasa), ni muhimu kuzungumza hasa kuhusu ndani upinzani (au impedance). Ikiwa mtandao wa vituo viwili hauna vyanzo, basi " ndani upinzani" kwa mtandao wa vituo viwili inamaanisha sawa na Tu"upinzani".

Masharti yanayohusiana

Ikiwa katika mfumo wowote inawezekana kutofautisha pembejeo na/au pato, basi maneno yafuatayo hutumiwa mara nyingi:

Kanuni za kimwili

Licha ya ukweli kwamba katika mzunguko sawa upinzani wa ndani unawasilishwa kama kipengele kimoja cha passive (na upinzani wa kazi, yaani, upinzani lazima upo ndani yake), upinzani wa ndani haujajilimbikizia katika kipengele chochote. Mtandao wa vituo viwili vya nje pekee tabia kana kwamba ilikuwa na kizuizi cha ndani kilichokolea na jenereta ya voltage. Kwa kweli, upinzani wa ndani ni dhihirisho la nje la seti ya athari za mwili:

• Ikiwa katika mtandao wa terminal mbili kuna tu chanzo cha nishati bila mzunguko wowote wa umeme (kwa mfano, seli ya galvanic), basi upinzani wa ndani ni karibu kabisa (isipokuwa tunazungumza juu ya masafa ya juu sana), ni kwa sababu ya athari za mwili ambazo haziruhusu nguvu iliyotolewa na chanzo hiki kwa mzigo kuzidi kikomo fulani. Mfano rahisi zaidi wa athari hiyo ni upinzani usio na sifuri wa waendeshaji wa mzunguko wa umeme. Lakini, kama sheria, mchango mkubwa zaidi wa ukomo wa nguvu hutoka kwa athari zisizo za umeme asili. Kwa hivyo, kwa mfano, kwa nguvu inaweza kupunguzwa na eneo la mawasiliano la vitu vinavyohusika katika athari, katika jenereta ya kituo cha umeme wa maji - kwa shinikizo la maji, nk.
• Katika kesi ya mtandao wa vituo viwili vyenye ndani mchoro wa umeme, upinzani wa ndani "hutawanywa" katika vipengele vya mzunguko (pamoja na taratibu zilizoorodheshwa hapo juu kwenye chanzo).

Hii pia inamaanisha baadhi ya vipengele vya upinzani wa ndani:

Ushawishi wa upinzani wa ndani juu ya mali ya mtandao wa vituo viwili

Athari ya upinzani wa ndani ni mali muhimu ya mtandao wowote unaofanya kazi wa vituo viwili. Matokeo kuu ya uwepo wa upinzani wa ndani ni kupunguza nguvu ya umeme ambayo inaweza kupatikana katika mzigo unaotolewa kutoka kwa mtandao huu wa vituo viwili.

Hebu kuwe na mtandao wa vituo viwili, ambavyo vinaweza kuelezewa na mzunguko wa juu sawa. Mtandao wa vituo viwili una vigezo viwili visivyojulikana ambavyo vinahitaji kupatikana:

• Jenereta ya voltage ya EMF U
• Upinzani wa ndani r

Kwa ujumla, ili kuamua haijulikani mbili, ni muhimu kufanya vipimo viwili: kupima voltage kwenye pato la mtandao wa vituo viwili (hiyo ni, tofauti inayowezekana. U nje = φ 2 − φ 1) kwa mikondo miwili tofauti ya mzigo. Kisha vigezo visivyojulikana vinaweza kupatikana kutoka kwa mfumo wa equations:

Wapi U nje 1 mimi 1, Uout2- voltage ya pato kwa sasa mimi 2. Kwa kutatua mfumo wa equations, tunapata haijulikani haijulikani:

Kwa kawaida, mbinu rahisi zaidi hutumiwa kuhesabu upinzani wa ndani: voltage katika hali ya hakuna mzigo na sasa katika hali ya muda mfupi ya mtandao wa terminal mbili hupatikana. Katika kesi hii, mfumo () umeandikwa kama ifuatavyo:

Wapi Wewe oc- voltage ya pato katika hali ya uvivu (eng. mzunguko wazi), yaani, kwa sasa ya mzigo wa sifuri; Isc- pakia sasa katika hali ya mzunguko mfupi (eng. mzunguko mfupi), yaani, chini ya mzigo na upinzani wa sifuri. Inachukuliwa hapa kwamba pato la sasa katika hali ya hakuna mzigo na voltage ya pato katika hali ya mzunguko mfupi ni sifuri. Kutoka kwa hesabu za mwisho tunapata mara moja:

Kipimo

Dhana kipimo inatumika kwa kifaa halisi (lakini sio kwa mzunguko). Kipimo cha moja kwa moja na ohmmeter haiwezekani, kwani haiwezekani kuunganisha probes ya kifaa kwenye vituo vya upinzani vya ndani. Kwa hiyo, kipimo cha moja kwa moja ni muhimu, ambacho kimsingi sio tofauti na hesabu - voltages kwenye mzigo pia inahitajika kwa maadili mawili tofauti ya sasa. Hata hivyo, si mara zote inawezekana kutumia formula iliyorahisishwa (2), kwa kuwa si kila mtandao halisi wa vituo viwili inaruhusu uendeshaji katika hali ya mzunguko mfupi.

Wakati mwingine njia rahisi ya kipimo hutumiwa, ambayo hauitaji mahesabu:

• Voltage ya mzunguko wa wazi hupimwa
• Kipinga cha kutofautiana kinaunganishwa kama mzigo na upinzani wake huchaguliwa ili voltage juu yake ni nusu ya voltage ya mzunguko wa wazi.

Baada ya taratibu zilizoelezwa, upinzani wa kupinga mzigo lazima kupimwa na ohmmeter - itakuwa sawa na upinzani wa ndani wa mtandao wa vituo viwili.

Njia yoyote ya kipimo inatumiwa, mtu anapaswa kuwa mwangalifu juu ya kupakia mtandao wa terminal mbili na sasa kupita kiasi, ambayo ni, sasa haipaswi kuzidi kiwango cha juu kinachoruhusiwa kwa mtandao wa terminal mbili.

Upinzani tendaji wa ndani

Ikiwa mzunguko sawa wa mtandao wa vituo viwili una vipengele tendaji - capacitors na / au inductors, basi hesabu Upinzani wa ndani wa tendaji unafanywa kwa njia sawa na upinzani wa kazi, lakini badala ya upinzani wa kupinga, vikwazo vya tata vya vipengele vilivyojumuishwa kwenye mzunguko vinachukuliwa, na badala ya voltages na mikondo, amplitudes yao ngumu huchukuliwa, yaani, hesabu inafanywa na njia ya amplitude tata.

Kipimo reactance ina baadhi ya vipengele maalum kwa sababu ni kazi yenye thamani ya changamano badala ya thamani ya scalar:

• Unaweza kutafuta vigezo mbalimbali vya thamani changamano: moduli, hoja, sehemu halisi au ya kufikirika pekee, pamoja na nambari changamano nzima. Ipasavyo, mbinu ya kipimo itategemea kile tunachotaka kupata.
• Yoyote ya vigezo vilivyoorodheshwa inategemea mzunguko. Kinadharia, ili kupata taarifa kamili kuhusu upinzani wa ndani wa tendaji kwa kipimo, ni muhimu kuondoa uraibu juu ya frequency, yaani, kufanya vipimo katika kila mtu masafa ambayo chanzo cha mtandao wa vituo viwili kinaweza kuzalisha.

Maombi

Katika hali nyingi, hatupaswi kuzungumza juu maombi upinzani wa ndani, na karibu uhasibu athari yake mbaya, kwani upinzani wa ndani ni badala ya athari mbaya. Walakini, katika mifumo mingine upinzani wa ndani wa kawaida ni muhimu.

Urahisishaji wa nyaya sawa

Uwakilishi wa mtandao wa vituo viwili kama mchanganyiko wa jenereta ya voltage na upinzani wa ndani ni mzunguko rahisi na unaotumiwa mara kwa mara sawa wa mtandao wa vituo viwili.

Ulinganisho wa Mzigo wa Chanzo

Kulinganisha chanzo na mzigo ni chaguo la uwiano wa upinzani wa mzigo na upinzani wa ndani wa chanzo ili kufikia mali maalum ya mfumo unaosababisha (kama sheria, wanajaribu kufikia thamani ya juu ya parameter yoyote chanzo). Aina zinazotumika sana za kulinganisha ni:

Ulinganisho wa sasa na nguvu unapaswa kutumika kwa tahadhari kwani kuna hatari ya kupakia chanzo kupita kiasi.

Kupunguza Voltage ya Juu

Wakati mwingine upinzani mkubwa huongezwa kwa bandia kwa chanzo (huongezwa kwa upinzani wa ndani wa chanzo) ili kupunguza kwa kiasi kikubwa voltage iliyopokelewa kutoka kwake. Walakini, kuongeza kontena kama upinzani wa ziada (kinachojulikana kama kipingamizi cha kuzima) husababisha nguvu isiyo na maana kutengwa kwake. Ili kuepuka kupoteza nishati, mifumo ya AC hutumia impedances tendaji za unyevu, mara nyingi capacitors. Hivi ndivyo vifaa vya nguvu vya capacitor vinajengwa. Vile vile, kwa kutumia bomba la capacitive kutoka kwa mstari wa nguvu ya juu-voltage, unaweza kupata voltages ndogo ili kuimarisha vifaa vyovyote vya uhuru.

Kupunguza kelele

Wakati wa kuimarisha ishara dhaifu, kazi mara nyingi hutokea kwa kupunguza kelele iliyoletwa na amplifier kwenye ishara. Kwa kusudi hili maalum amplifiers ya chini ya kelele, hata hivyo, zimeundwa kwa namna ambayo takwimu ya chini ya kelele inapatikana tu ndani ya aina fulani ya impedance ya pato ya chanzo cha ishara. Kwa mfano, amplifier ya kelele ya chini hutoa kelele ndogo tu juu ya safu ya kizuizi cha pato cha 1 kΩ hadi 10 kΩ; ikiwa chanzo cha ishara kina kizuizi cha chini cha pato (kwa mfano, kipaza sauti na impedance ya pato la Ohms 30), basi transformer ya hatua ya juu inapaswa kutumika kati ya chanzo na amplifier, ambayo itaongeza impedance ya pato (pamoja na voltage ya ishara) kwa thamani inayohitajika.

Vikwazo

Dhana ya upinzani wa ndani huletwa kwa njia ya mzunguko sawa, hivyo vikwazo sawa vinatumika kwa matumizi ya nyaya zinazofanana.

Mifano

Maadili ya upinzani wa ndani ni jamaa: kile kinachochukuliwa kuwa kidogo, kwa mfano, kwa seli ya galvanic, ni kubwa sana kwa betri yenye nguvu. Chini ni mifano ya mitandao ya vituo viwili na maadili ya upinzani wao wa ndani r. Kesi ndogo za mitandao ya vituo viwili hakuna vyanzo zimeelezwa mahususi.

Upinzani mdogo wa ndani

Upinzani wa juu wa ndani

Upinzani mbaya wa ndani

Kuna mitandao ya vituo viwili ambavyo upinzani wa ndani una hasi maana. Katika kawaida hai upinzani, uharibifu wa nishati hutokea, katika tendaji Katika upinzani, nishati huhifadhiwa na kisha kutolewa nyuma kwa chanzo. Upekee wa upinzani hasi ni kwamba yenyewe ni chanzo cha nishati. Kwa hivyo, upinzani hasi haufanyiki kwa fomu yake safi, inaweza tu kuigwa na mzunguko wa elektroniki, ambao lazima uwe na chanzo cha nishati. Upinzani mbaya wa ndani unaweza kupatikana katika mizunguko kwa kutumia:

• vipengele vilivyo na upinzani hasi wa kutofautisha, kama vile diodi za handaki

Mifumo yenye upinzani hasi inaweza kuwa imara na kwa hiyo inaweza kutumika kujenga oscillators binafsi.

Angalia pia

Viungo

Fasihi

• Zernov N.V., Karpov V.G. Nadharia ya nyaya za uhandisi wa redio. - M. - L.: Nishati, 1965. - 892 p.
• Jones M.H. Umeme - kozi ya vitendo. - M.: Tekhnosphere, 2006. - 512 p. ISBN 5-94836-086-5

Vidokezo

Wikimedia Foundation. 2010.

• Kamusi ya maelezo ya istilahi ya Polytechnic
• 
  

Sheria ya Ohm kwa mzunguko kamili, ufafanuzi wa ambayo inahusu thamani ya sasa ya umeme katika nyaya halisi, inategemea chanzo cha sasa na upinzani wa mzigo. Sheria hii pia ina jina lingine - sheria ya Ohm kwa nyaya zilizofungwa. Kanuni ya uendeshaji wa sheria hii ni kama ifuatavyo.

Kama mfano rahisi zaidi, taa ya umeme, ambayo ni matumizi ya sasa ya umeme, pamoja na chanzo cha sasa sio chochote zaidi ya mzunguko uliofungwa. Mzunguko huu wa umeme unaonyeshwa wazi katika takwimu.

Mkondo wa umeme unaopitia balbu ya mwanga pia hupitia chanzo cha sasa yenyewe. Kwa hiyo, wakati wa kupitia mzunguko, sasa itapata upinzani wa si tu conductor, lakini pia upinzani, moja kwa moja, wa chanzo cha sasa yenyewe. Katika chanzo, upinzani huundwa na electrolyte iko kati ya sahani na safu za mipaka ya sahani na electrolyte. Inafuata kwamba katika mzunguko uliofungwa, upinzani wake wa jumla utajumuisha jumla ya upinzani wa balbu ya mwanga na chanzo cha sasa.

Upinzani wa nje na wa ndani

Upinzani wa mzigo, katika kesi hii balbu ya mwanga, iliyounganishwa na chanzo cha sasa inaitwa upinzani wa nje. Upinzani wa moja kwa moja wa chanzo cha sasa huitwa upinzani wa ndani. Kwa uwakilishi wa kuona zaidi wa mchakato, maadili yote lazima yateuliwe kawaida. I -, R - upinzani wa nje, r - upinzani wa ndani. Wakati sasa inapita kupitia mzunguko wa umeme, ili kuitunza, kuna lazima iwe na tofauti inayowezekana kati ya mwisho wa mzunguko wa nje, ambao una thamani ya IxR. Hata hivyo, mtiririko wa sasa pia unazingatiwa katika mzunguko wa ndani. Hii ina maana kwamba ili kudumisha sasa ya umeme katika mzunguko wa ndani, tofauti ya uwezo katika mwisho wa upinzani r pia ni muhimu. Thamani ya tofauti hii inayoweza kutokea ni sawa na Iхr.

Nguvu ya umeme ya betri

Betri lazima iwe na thamani ifuatayo ya nguvu ya kielektroniki yenye uwezo wa kudumisha mkondo unaohitajika katika saketi: E=IxR+Ixr. Kutoka kwa formula ni wazi kwamba nguvu ya electromotive ya betri ni jumla ya nje na ya ndani. Thamani ya sasa lazima itolewe kwenye mabano: E=I(r+R). Vinginevyo unaweza kufikiria: I=E/(r+R) . Fomula mbili za mwisho zinaonyesha sheria ya Ohm kwa mzunguko kamili, ufafanuzi wake ambao ni kama ifuatavyo: katika mzunguko uliofungwa, nguvu ya sasa inalingana moja kwa moja na nguvu ya umeme na inalingana kinyume na jumla ya upinzani wa mzunguko huu.

Umeme wa sasa katika kondakta hutokea chini ya ushawishi wa shamba la umeme, na kusababisha chembe za malipo ya bure kuhamia mwelekeo. Kuzalisha sasa chembe ni tatizo kubwa. Kuunda kifaa kama hicho ambacho kitadumisha tofauti inayowezekana ya uwanja kwa muda mrefu katika jimbo moja ni kazi ambayo iliwezekana tu kwa wanadamu kusuluhisha mwishoni mwa karne ya 18.

Majaribio ya kwanza

Majaribio ya kwanza ya "kuhifadhi umeme" kwa utafiti wake zaidi na matumizi yalifanywa nchini Uholanzi. Mjerumani Ewald Jürgen von Kleist na Mholanzi Pieter van Musschenbroek, ambao walifanya utafiti wao katika mji wa Leiden, waliunda capacitor ya kwanza duniani, ambayo baadaye iliitwa "Leyden jar".

Mkusanyiko wa malipo ya umeme tayari ulifanyika chini ya ushawishi wa msuguano wa mitambo. Iliwezekana kutumia kutokwa kupitia kondakta kwa muda fulani, mfupi sana.

Ushindi wa akili ya mwanadamu juu ya dutu ya ephemeral kama vile umeme uligeuka kuwa wa mapinduzi.

Kwa bahati mbaya, kutokwa (umeme wa sasa iliyoundwa na capacitor) ilidumu kwa muda mfupi sana kwamba haikuweza kuundwa. Kwa kuongeza, voltage inayotolewa na capacitor hupungua hatua kwa hatua, ambayo haiacha uwezekano wa kupokea sasa ya muda mrefu.

Ilikuwa ni lazima kutafuta njia nyingine.

Chanzo cha kwanza

Majaribio ya Galvani ya Italia juu ya "umeme wa wanyama" yalikuwa jaribio la awali la kupata chanzo cha asili cha asili ya sasa. Akining'iniza miguu ya vyura waliogawanyika kwenye ndoano za chuma za gridi ya chuma, alielekeza umakini kwenye athari ya tabia ya miisho ya ujasiri.

Walakini, hitimisho la Galvani lilikanushwa na Mwitaliano mwingine, Alessandro Volta. Alivutiwa na uwezekano wa kupata umeme kutoka kwa viumbe vya wanyama, alifanya mfululizo wa majaribio na vyura. Lakini hitimisho lake liligeuka kuwa kinyume kabisa cha nadharia zilizotangulia.

Volta aliona kuwa kiumbe hai ni kiashiria tu cha kutokwa kwa umeme. Wakati sasa inapita, misuli ya paws mkataba, kuonyesha tofauti ya uwezo. Chanzo cha uwanja wa umeme kiligeuka kuwa mawasiliano ya metali tofauti. Kadiri wanavyotengana katika safu ya vitu vya kemikali, ndivyo athari kubwa zaidi.

Sahani za metali zisizo sawa, zilizowekwa na diski za karatasi zilizowekwa kwenye suluhisho la elektroliti, ziliunda tofauti inayowezekana kwa muda mrefu. Na ingawa ilikuwa chini (1.1 V), mkondo wa umeme unaweza kusomwa kwa muda mrefu. Jambo kuu ni kwamba mvutano ulibaki bila kubadilika kwa muda mrefu tu.

Nini kinaendelea

Kwa nini athari hii hutokea katika vyanzo vinavyoitwa "seli za galvanic"?

Electrodes mbili za chuma zilizowekwa kwenye dielectri zina majukumu tofauti. Mmoja hutoa elektroni, mwingine anakubali. Mchakato wa mmenyuko wa redox husababisha kuonekana kwa ziada ya elektroni kwenye elektroni moja, ambayo inaitwa pole hasi, na upungufu kwa pili, ambayo tutaainisha kama nguzo nzuri ya chanzo.

Katika seli rahisi zaidi za galvanic, athari za oxidation hutokea kwenye electrode moja, athari za kupunguza kwa upande mwingine. Elektroni huja kwa electrodes kutoka sehemu ya nje ya mzunguko. Electrolyte ni kondakta wa ion sasa ndani ya chanzo. Nguvu ya upinzani inadhibiti muda wa mchakato.

Kipengele cha shaba-zinki

Inashangaza kuzingatia kanuni ya uendeshaji wa seli za galvanic kwa kutumia mfano wa seli ya galvanic ya shaba-zinki, hatua ambayo hutoka kwa nishati ya zinki na sulfate ya shaba. Katika chanzo hiki, sahani ya shaba imewekwa kwenye suluhisho na electrode ya zinki inaingizwa katika suluhisho la sulfate ya zinki. Suluhisho hutenganishwa na spacer ya porous ili kuepuka kuchanganya, lakini lazima ziwasiliane.

Ikiwa mzunguko umefungwa, safu ya uso ya zinki ni oxidized. Katika mchakato wa kuingiliana na kioevu, atomi za zinki, na kugeuka kuwa ions, huonekana katika suluhisho. Elektroni hutolewa kwenye electrode, ambayo inaweza kushiriki katika malezi ya sasa.

Mara moja kwenye electrode ya shaba, elektroni hushiriki katika mmenyuko wa kupunguza. Ioni za shaba hutoka kwenye suluhisho hadi safu ya uso; wakati wa mchakato wa kupunguza, hugeuka kuwa atomi za shaba, zikiweka kwenye sahani ya shaba.

Hebu tufanye muhtasari wa kile kinachotokea: mchakato wa uendeshaji wa seli ya galvanic unaambatana na mpito wa elektroni kutoka kwa wakala wa kupunguza hadi wakala wa oxidizing kando ya sehemu ya nje ya mzunguko. Athari hutokea kwenye electrodes zote mbili. Ioni ya sasa inapita ndani ya chanzo.

Ugumu wa matumizi

Kimsingi, athari zozote za redox zinaweza kutumika katika betri. Lakini hakuna vitu vingi vinavyoweza kufanya kazi katika vipengele vya thamani ya kiufundi. Aidha, athari nyingi zinahitaji vitu vya gharama kubwa.

Betri za kisasa zina muundo rahisi zaidi. Electrodes mbili zilizowekwa katika electrolyte moja kujaza chombo - mwili wa betri. Vipengele vya kubuni vile hurahisisha muundo na kupunguza gharama ya betri.

Kiini chochote cha galvanic kina uwezo wa kuzalisha sasa moja kwa moja.

Upinzani wa sasa hauruhusu ions zote kuonekana kwenye electrodes wakati huo huo, hivyo kipengele kinafanya kazi kwa muda mrefu. Athari za kemikali za malezi ya ioni huacha mapema au baadaye, na kipengele kinatolewa.

Chanzo cha sasa ni muhimu sana.

Kidogo kuhusu upinzani

Matumizi ya sasa ya umeme, bila shaka, yalileta maendeleo ya kisayansi na kiteknolojia kwa kiwango kipya na kuipa msukumo mkubwa. Lakini nguvu ya upinzani dhidi ya mtiririko wa sasa hupata njia ya maendeleo hayo.

Kwa upande mmoja, umeme wa sasa una mali ya thamani sana kutumika katika maisha ya kila siku na teknolojia, kwa upande mwingine, kuna upinzani mkubwa. Fizikia, kama sayansi ya maumbile, inajaribu kuweka usawa na kuleta hali hizi kwenye mstari.

Upinzani wa sasa hutokea kutokana na mwingiliano wa chembe za kushtakiwa kwa umeme na dutu ambayo huhamia. Haiwezekani kuwatenga mchakato huu chini ya hali ya joto ya kawaida.

Upinzani

Chanzo cha sasa na upinzani wa sehemu ya nje ya mzunguko una asili tofauti kidogo, lakini sawa katika taratibu hizi ni kazi iliyofanywa ili kusonga malipo.

Kazi yenyewe inategemea tu mali ya chanzo na kujaza kwake: sifa za electrodes na electrolyte, pamoja na sehemu za nje za mzunguko, upinzani ambao unategemea vigezo vya kijiometri na sifa za kemikali za nyenzo. Kwa mfano, upinzani wa waya wa chuma huongezeka kwa urefu wake na hupungua kwa kuongeza eneo la sehemu ya msalaba. Wakati wa kutatua tatizo la jinsi ya kupunguza upinzani, fizikia inapendekeza kutumia vifaa maalum.

Kazi ya sasa

Kwa mujibu wa sheria ya Joule-Lenz, kiasi cha joto hutolewa kwa waendeshaji sawia na upinzani. Ikiwa kiasi cha joto kinaonyeshwa na Q int. , nguvu ya sasa mimi, wakati wake wa mtiririko t, basi tunapata:

• Q ndani = mimi 2 r t,

ambapo r ni upinzani wa ndani wa chanzo cha sasa.

Katika mlolongo mzima, pamoja na sehemu zake za ndani na nje, jumla ya joto litatolewa, fomula yake ambayo ni:

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

Inajulikana jinsi upinzani unavyoonyeshwa katika fizikia: mzunguko wa nje (vitu vyote isipokuwa chanzo) una upinzani wa R.

Sheria ya Ohm kwa mzunguko kamili

Hebu tuzingatie kwamba kazi kuu inafanywa na nguvu za nje ndani ya chanzo cha sasa. Thamani yake ni sawa na bidhaa ya malipo iliyohamishwa na shamba na nguvu ya umeme ya chanzo:

• q · E = I 2 · (r + R) · t.

Kuelewa kuwa malipo ni sawa na bidhaa ya nguvu ya sasa na wakati inapita, tunayo:

• E = mimi (r + R).

Kwa mujibu wa uhusiano wa sababu-na-athari, sheria ya Ohm ina fomu:

• I = E: (r + R).

Katika mzunguko uliofungwa, EMF ya chanzo cha sasa ni sawia moja kwa moja na inversely sawia na upinzani wa jumla (athari) wa mzunguko.

Kulingana na muundo huu, inawezekana kuamua upinzani wa ndani wa chanzo cha sasa.

Uwezo wa kutokwa kwa chanzo

Tabia kuu za vyanzo ni pamoja na uwezo wa kutokwa. Kiwango cha juu cha umeme kilichopatikana wakati wa operesheni chini ya hali fulani inategemea nguvu ya sasa ya kutokwa.

Katika hali nzuri, wakati makadirio fulani yanafanywa, uwezo wa kutokwa unaweza kuzingatiwa mara kwa mara.

Kwa mfano, betri ya kawaida yenye tofauti inayowezekana ya 1.5 V ina uwezo wa kutokwa wa 0.5 Ah. Ikiwa sasa ya kutokwa ni 100 mA, inafanya kazi kwa masaa 5.

Njia za kuchaji betri

Kutumia betri kutawamaliza. malipo ya vipengele vya ukubwa mdogo hufanyika kwa kutumia sasa ambayo nguvu hazizidi sehemu ya kumi ya uwezo wa chanzo.

Njia zifuatazo za malipo zinapatikana:

• kutumia sasa mara kwa mara kwa muda fulani (karibu masaa 16 na sasa ya uwezo wa betri 0.1);
• kuchaji kwa sasa inayopungua kwa tofauti inayowezekana;
• matumizi ya mikondo ya asymmetrical;
• matumizi ya mlolongo wa mapigo mafupi ya malipo na kutokwa, ambayo wakati wa kwanza unazidi wakati wa pili.

Kazi ya vitendo

Kazi inapendekezwa: kuamua upinzani wa ndani wa chanzo cha sasa na emf.

Ili kuifanya, unahitaji kuhifadhi kwenye chanzo cha sasa, ammeter, voltmeter, rheostat ya slider, ufunguo, na seti ya waendeshaji.

Matumizi itawawezesha kuamua upinzani wa ndani wa chanzo cha sasa. Ili kufanya hivyo, unahitaji kujua EMF yake na thamani ya upinzani wa rheostat.

Njia ya hesabu ya upinzani wa sasa katika sehemu ya nje ya mzunguko inaweza kuamua kutoka kwa sheria ya Ohm kwa sehemu ya mzunguko:

• I=U:R,

ambapo mimi ni nguvu ya sasa katika sehemu ya nje ya mzunguko, kipimo na ammeter; U ni voltage kwenye upinzani wa nje.

Ili kuongeza usahihi, vipimo vinachukuliwa angalau mara 5. Ni ya nini? Voltage, upinzani, sasa (au tuseme, nguvu ya sasa) iliyopimwa wakati wa jaribio hutumiwa zaidi.

Kuamua EMF ya chanzo cha sasa, tunachukua faida ya ukweli kwamba voltage kwenye vituo vyake wakati kubadili kufunguliwa ni karibu sawa na EMF.

Hebu tukusanye mzunguko wa betri, rheostat, ammeter, na ufunguo uliounganishwa katika mfululizo. Tunaunganisha voltmeter kwenye vituo vya chanzo cha sasa. Baada ya kufungua ufunguo, tunachukua usomaji wake.

Upinzani wa ndani, fomula ambayo hupatikana kutoka kwa sheria ya Ohm kwa mzunguko kamili, imedhamiriwa na mahesabu ya hisabati:

• I = E: (r + R).
• r = E: I - U: I.

Vipimo vinaonyesha kuwa upinzani wa ndani ni mdogo sana kuliko ule wa nje.

Kazi ya vitendo ya accumulators na betri hutumiwa sana. Usalama wa mazingira usio na shaka wa motors za umeme hauna shaka, lakini kuunda capacious, betri ya ergonomic ni tatizo la fizikia ya kisasa. Suluhisho lake litasababisha mzunguko mpya wa maendeleo ya teknolojia ya magari.

Betri ndogo, nyepesi na zenye uwezo mkubwa wa kuchaji pia ni muhimu katika vifaa vya simu vya kielektroniki. Kiasi cha nishati kinachotumiwa ndani yao kinahusiana moja kwa moja na utendaji wa vifaa.

Katika enzi ya umeme, labda hakuna mtu kama huyo ambaye hangejua juu ya uwepo wa umeme wa sasa. Lakini watu wachache wanakumbuka zaidi kutoka kwa kozi ya fizikia ya shule kuliko majina ya kiasi: sasa, voltage, upinzani, sheria ya Ohm. Na ni wachache sana wanaokumbuka maana ya maneno haya ni nini.

Katika makala hii, tutajadili jinsi umeme wa sasa hutokea, jinsi unavyopitishwa kupitia mzunguko, na jinsi ya kutumia kiasi hiki katika mahesabu. Lakini kabla ya kuendelea na sehemu kuu, hebu tugeuke kwenye historia ya ugunduzi wa sasa wa umeme na vyanzo vyake, pamoja na ufafanuzi wa nini nguvu ya electromotive ni.

Hadithi

Umeme kama chanzo cha nishati imejulikana tangu nyakati za zamani, kwa sababu asili yenyewe huizalisha kwa kiasi kikubwa. Mfano wa kushangaza ni umeme au njia panda ya umeme. Licha ya ukaribu kama huo na wanadamu, iliwezekana kuzuia nishati hii tu katikati ya karne ya kumi na saba: Otto von Guericke, burgomaster kutoka Magdeburg, aliunda mashine ambayo inaruhusu kutoa malipo ya umeme. Katikati ya karne ya kumi na nane, Peter von Muschenbroek, mwanasayansi kutoka Uholanzi, aliunda capacitor ya kwanza ya umeme duniani, iliyoitwa jarida la Leyden kwa heshima ya chuo kikuu ambako alifanya kazi.

Pengine, zama za uvumbuzi wa kweli wa kujitolea kwa umeme huanza na kazi ya Luigi Galvani na Alessandro Volta, ambao walisoma, kwa mtiririko huo, mikondo ya umeme katika misuli na kuibuka kwa sasa katika seli zinazoitwa galvanic. Utafiti zaidi ulifungua macho yetu kwa uhusiano kati ya umeme na sumaku, na pia kwa matukio kadhaa muhimu sana (kama vile uingizaji wa umeme), bila ambayo haiwezekani kufikiria maisha yetu leo.

Lakini hatutaingia kwenye matukio ya sumaku na tutazingatia tu za umeme. Kwa hiyo, hebu tuangalie jinsi umeme hutokea katika seli za galvanic na ni nini.

Seli ya galvanic ni nini?

Tunaweza kusema kwamba hutoa umeme kutokana na athari za kemikali zinazotokea kati ya vipengele vyake. Seli rahisi zaidi ya galvanic ilivumbuliwa na Alessandro Volta na ikapewa jina lake kama safu ya voltaic. Inajumuisha tabaka kadhaa, zinazobadilishana na kila mmoja: sahani ya shaba, gasket ya conductive (katika toleo la nyumbani la kubuni, pamba iliyohifadhiwa na maji ya chumvi hutumiwa) na sahani ya zinki.

Ni majibu gani hufanyika ndani yake?

Hebu tuchunguze kwa undani taratibu zinazotuwezesha kuzalisha umeme kwa kutumia seli ya galvanic. Kuna mabadiliko mawili tu kama haya: oxidation na kupunguza. Wakati kipengele kimoja, wakala wa kupunguza, ni oxidized, hutoa elektroni kwa kipengele kingine, wakala wa oxidizing. Wakala wa oxidizing, kwa upande wake, hupunguzwa kwa kukubali elektroni. Kwa njia hii, chembe zilizochajiwa husogea kutoka sahani moja hadi nyingine, na hii, kama inavyojulikana, inaitwa mkondo wa umeme.

Na sasa hebu tuende vizuri kwa mada kuu ya kifungu hiki - EMF ya chanzo cha sasa. Na kwanza, hebu tuangalie nguvu hii ya umeme (EMF) ni nini.

EMF ni nini?

Kiasi hiki kinaweza kuwakilishwa kama kazi ya nguvu (yaani "kazi") inayofanywa wakati chaji inaposonga kwenye saketi iliyofungwa ya umeme. Mara nyingi sana pia hufanya ufafanuzi kwamba malipo lazima lazima yawe chanya na kitengo. Na hii ni nyongeza muhimu, kwa kuwa tu chini ya hali hizi nguvu ya umeme inaweza kuchukuliwa kuwa kiasi sahihi kinachoweza kupimika. Kwa njia, inapimwa katika vitengo sawa na voltage: volts (V).

EMF ya chanzo cha sasa

Kama unavyojua, kila betri au betri ina thamani yake ya upinzani ambayo inaweza kutoa. Thamani hii, emf ya chanzo cha sasa, inaonyesha ni kiasi gani kazi inafanywa na nguvu za nje ili kuhamisha malipo kwenye mzunguko ambao betri au kikusanyiko kimeunganishwa.

Inafaa pia kufafanua ni aina gani ya sasa ambayo chanzo hutoa: mara kwa mara, kubadilishana au kupigwa. Seli za galvanic, ikiwa ni pamoja na accumulators na betri, daima huzalisha moja kwa moja tu ya sasa ya umeme. EMF ya chanzo cha sasa katika kesi hii itakuwa sawa kwa ukubwa wa voltage ya pato kwenye mawasiliano ya chanzo.

Sasa ni wakati wa kujua ni kwanini idadi kama EMF inahitajika kwa ujumla, na jinsi ya kuitumia wakati wa kuhesabu idadi nyingine ya mzunguko wa umeme.

Fomula ya EMF

Tayari tumegundua kuwa EMF ya chanzo cha sasa ni sawa na kazi ya nguvu za nje kusonga malipo. Kwa uwazi zaidi, tuliamua kuandika formula ya kiasi hiki: E = A vikosi vya nje / q, ambapo A ni kazi, na q ni malipo ambayo kazi ilifanyika. Tafadhali kumbuka kuwa jumla ya ada inachukuliwa, sio malipo ya kitengo. Hii inafanywa kwa sababu tunazingatia kazi ya nguvu kuhamisha malipo yote katika kondakta. Na uwiano huu wa kazi kwa malipo utakuwa daima kwa chanzo fulani, kwani bila kujali ni chembe ngapi za kushtakiwa unachukua, kiasi maalum cha kazi kwa kila mmoja wao kitakuwa sawa.

Kama unaweza kuona, formula ya nguvu ya umeme sio ngumu sana na ina idadi mbili tu. Ni wakati wa kuendelea na moja ya maswali kuu yanayotokana na makala hii.

Kwa nini EMF inahitajika?

Tayari imesemwa kuwa EMF na voltage ni kweli idadi sawa. Ikiwa tunajua maadili ya EMF na upinzani wa ndani wa chanzo cha sasa, basi haitakuwa vigumu kuzibadilisha katika sheria ya Ohm kwa mzunguko kamili, ambayo inaonekana kama hii: I=e/(R+r) , ambapo mimi ni nguvu ya sasa, e ni EMF, R ni upinzani wa mzunguko, r - upinzani wa ndani wa chanzo cha sasa. Kutoka hapa tunaweza kupata sifa mbili za mzunguko: I na R. Ikumbukwe kwamba hoja hizi zote na kanuni ni halali tu kwa mzunguko wa moja kwa moja wa sasa. Katika kesi ya kutofautiana, fomula zitakuwa tofauti kabisa, kwani inatii sheria zake za oscillatory.

Lakini bado haijulikani ni matumizi gani EMF ya chanzo cha sasa ina. Katika mzunguko, kama sheria, kuna mambo mengi ambayo hufanya kazi yao. Katika simu yoyote kuna bodi, ambayo pia si kitu zaidi ya mzunguko wa umeme. Na kila mzunguko huo unahitaji chanzo cha sasa cha kufanya kazi. Na ni muhimu sana kwamba EMF yake inafanana na vigezo vya vipengele vyote vya mzunguko. Vinginevyo, mzunguko utaacha kufanya kazi au kuchoma kwa sababu ya voltage ya juu ndani yake.

Hitimisho

Tunadhani makala hii ilikuwa muhimu kwa wengi. Hakika, katika ulimwengu wa kisasa ni muhimu sana kujua iwezekanavyo kuhusu kile kinachotuzunguka. Ikiwa ni pamoja na ujuzi muhimu kuhusu asili ya sasa ya umeme na tabia yake ndani ya nyaya. Na ikiwa unafikiri kuwa kitu kama mzunguko wa umeme hutumiwa tu katika maabara na uko mbali nayo, basi umekosea sana: vifaa vyote vinavyotumia umeme vinajumuisha nyaya. Na kila mmoja wao ana chanzo chake cha sasa, ambacho kinaunda EMF.

Chanzo ni kifaa kinachobadilisha mitambo, kemikali, mafuta na aina zingine za nishati kuwa nishati ya umeme. Kwa maneno mengine, chanzo ni kipengele cha mtandao kinachofanya kazi kilichoundwa kuzalisha umeme. Aina tofauti za vyanzo vinavyopatikana kwenye mtandao wa umeme ni vyanzo vya voltage na vyanzo vya sasa. Dhana hizi mbili katika umeme ni tofauti kutoka kwa kila mmoja.

Chanzo cha voltage ya mara kwa mara

Chanzo cha voltage ni kifaa kilicho na nguzo mbili; voltage yake ni mara kwa mara wakati wowote, na sasa inayopita ndani yake haina athari. Chanzo kama hicho kitakuwa bora, kuwa na upinzani wa ndani wa sifuri. Katika hali ya vitendo haiwezi kupatikana.

Ziada ya elektroni hujilimbikiza kwenye nguzo hasi ya chanzo cha voltage, na upungufu wa elektroni kwenye nguzo chanya. Majimbo ya nguzo yanatunzwa na michakato ndani ya chanzo.

Betri

Betri huhifadhi nishati ya kemikali ndani na zina uwezo wa kuibadilisha kuwa nishati ya umeme. Betri haziwezi kuchajiwa tena, ambayo ni hasara yao.

Betri

Betri zinazoweza kuchajiwa ni betri zinazoweza kuchajiwa tena. Wakati wa kuchaji, nishati ya umeme huhifadhiwa ndani kama nishati ya kemikali. Wakati wa kupakua, mchakato wa kemikali hutokea kinyume chake na nishati ya umeme hutolewa.

Mifano:

1. Seli ya betri ya asidi ya risasi. Imetengenezwa kutoka kwa elektroni za risasi na kioevu cha elektroliti kwa namna ya asidi ya sulfuriki iliyopunguzwa na maji yaliyotengenezwa. Voltage kwa kila seli ni karibu 2 V. Katika betri za gari, seli sita kawaida huunganishwa katika mzunguko wa mfululizo, na voltage inayotokana na vituo vya pato ni 12 V;

1. Betri za nickel-cadmium, voltage ya seli - 1.2 V.

Muhimu! Kwa mikondo ndogo, betri na vikusanyiko vinaweza kuzingatiwa kama makadirio mazuri ya vyanzo bora vya voltage.

Chanzo cha voltage ya AC

Umeme huzalishwa kwenye vituo vya umeme kwa kutumia jenereta na, baada ya udhibiti wa voltage, hupitishwa kwa watumiaji. Voltage mbadala ya mtandao wa nyumbani wa 220 V katika vifaa vya nguvu vya vifaa mbalimbali vya elektroniki hubadilishwa kwa urahisi kuwa thamani ya chini wakati wa kutumia transfoma.

Chanzo cha sasa

Kwa mlinganisho, kama vile chanzo bora cha voltage hutengeneza voltage ya mara kwa mara kwenye pato, kazi ya chanzo cha sasa ni kutoa thamani ya sasa ya mara kwa mara, kudhibiti kiotomatiki voltage inayohitajika. Mifano ni transfoma ya sasa (vilima vya sekondari), photocells, mikondo ya mtoza wa transistors.

Uhesabuji wa upinzani wa ndani wa chanzo cha voltage

Vyanzo vya voltage halisi vina upinzani wao wa umeme, unaoitwa "upinzani wa ndani". Mzigo uliounganishwa kwenye vituo vya chanzo umeteuliwa kama "upinzani wa nje" - R.

Betri ya betri hutoa EMF:

ε = E/Q, wapi:

• E - nishati (J);
• Q - malipo (C).

Jumla ya emf ya seli ya betri ni voltage yake ya mzunguko wazi wakati hakuna mzigo. Inaweza kuchunguzwa kwa usahihi mzuri kwa kutumia multimeter ya digital. Tofauti inayoweza kupimwa kwenye vituo vya pato vya betri wakati imeunganishwa na kupinga mzigo itakuwa chini ya voltage yake wakati mzunguko umefunguliwa, kutokana na mtiririko wa sasa kupitia mzigo wa nje na kupitia upinzani wa ndani wa chanzo; hii inasababisha utawanyiko wa nishati ndani yake kama mionzi ya joto.

Upinzani wa ndani wa betri ya kemikali ni kati ya sehemu ya ohm na ohm chache na ni hasa kutokana na upinzani wa vifaa vya electrolytic kutumika katika utengenezaji wa betri.

Ikiwa kupinga kwa upinzani R imeunganishwa na betri, sasa katika mzunguko ni I = ε / (R + r).

Upinzani wa ndani sio thamani ya mara kwa mara. Inaathiriwa na aina ya betri (alkali, risasi-asidi, nk), na mabadiliko kulingana na thamani ya mzigo, joto na muda wa matumizi ya betri. Kwa mfano, kwa betri zinazoweza kutumika, upinzani wa ndani huongezeka wakati wa matumizi, na kwa hiyo voltage hupungua hadi kufikia hali ambayo haifai kwa matumizi zaidi.

Ikiwa emf ya chanzo ni kiasi kilichotanguliwa, upinzani wa ndani wa chanzo umeamua kwa kupima sasa inapita kupitia upinzani wa mzigo.

1. Kwa kuwa upinzani wa ndani na nje katika mzunguko wa takriban umeunganishwa katika mfululizo, unaweza kutumia sheria za Ohm na Kirchhoff kutumia formula:

1. Kutoka kwa usemi huu r = ε/I - R.

Mfano. Betri yenye emf inayojulikana ε = 1.5 V imeunganishwa kwa mfululizo na balbu ya mwanga. Kushuka kwa voltage kwenye balbu ya mwanga ni 1.2 V. Kwa hiyo, upinzani wa ndani wa kipengele huunda kushuka kwa voltage: 1.5 - 1.2 = 0.3 V. Upinzani wa waya katika mzunguko unachukuliwa kuwa haujali, upinzani wa taa sio. inayojulikana. Kipimo cha sasa kinachopita kupitia mzunguko: I = 0.3 A. Ni muhimu kuamua upinzani wa ndani wa betri.

1. Kwa mujibu wa sheria ya Ohm, upinzani wa balbu ya mwanga ni R = U / I = 1.2 / 0.3 = 4 Ohms;
2. Sasa, kwa mujibu wa formula ya kuhesabu upinzani wa ndani, r = ε / I - R = 1.5 / 0.3 - 4 = 1 Ohm.

Katika tukio la mzunguko mfupi, upinzani wa nje hupungua hadi karibu sifuri. Ya sasa inaweza kupunguzwa tu na upinzani mdogo wa chanzo. Ya sasa inayozalishwa katika hali hiyo ni yenye nguvu sana kwamba chanzo cha voltage kinaweza kuharibiwa na athari za joto za sasa na kuna hatari ya moto. Hatari ya moto inazuiwa kwa kufunga fuses, kwa mfano katika nyaya za betri za gari.

Upinzani wa ndani wa chanzo cha voltage ni jambo muhimu wakati wa kuamua jinsi ya kutoa nguvu yenye ufanisi zaidi kwa kifaa cha umeme kilichounganishwa.

Muhimu! Upeo wa uhamisho wa nguvu hutokea wakati upinzani wa ndani wa chanzo ni sawa na upinzani wa mzigo.

Hata hivyo, chini ya hali hii, kukumbuka formula P = I² x R, kiasi sawa cha nishati huhamishiwa kwenye mzigo na kufutwa katika chanzo yenyewe, na ufanisi wake ni 50% tu.

Mahitaji ya mzigo lazima yafikiriwe kwa uangalifu ili kuamua juu ya matumizi bora ya chanzo. Kwa mfano, betri ya gari yenye asidi ya risasi lazima itoe mikondo ya juu kwa voltage ya chini ya 12 V. Upinzani wake wa chini wa ndani unaruhusu kufanya hivyo.

Katika baadhi ya matukio, usambazaji wa nguvu za juu lazima uwe na upinzani wa juu sana wa ndani ili kupunguza mzunguko wa mzunguko wa sasa.

Vipengele vya upinzani wa ndani wa chanzo cha sasa

Chanzo bora cha sasa kina upinzani usio na kipimo, lakini kwa vyanzo vya kweli mtu anaweza kufikiria toleo la takriban. Mzunguko wa umeme sawa ni upinzani unaounganishwa na chanzo kwa sambamba na upinzani wa nje.

Pato la sasa kutoka kwa chanzo cha sasa linasambazwa kama ifuatavyo: sehemu ya sasa inapita kupitia upinzani wa juu wa ndani na kupitia upinzani wa chini wa mzigo.

Pato la sasa litakuwa jumla ya mikondo katika upinzani wa ndani na mzigo Io = Katika + Iin.

Inageuka:

Katika = Iо - Iin = Iо - Un/r.

Uhusiano huu unaonyesha kwamba upinzani wa ndani wa chanzo cha sasa unapoongezeka, zaidi ya sasa ya sasa hupungua, na kupinga mzigo hupokea zaidi ya sasa. Inashangaza, voltage haitaathiri thamani ya sasa.

Chanzo halisi cha voltage ya pato:

Uout = I x (R x r)/(R +r) = I x R/(1 + R/r). Kadiria makala haya: