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.

8.5. Athari ya joto ya sasa

8.5.1. Chanzo cha nguvu cha sasa

Jumla ya nguvu ya chanzo cha sasa:

P jumla = P muhimu + P hasara,

ambapo P muhimu - nguvu muhimu, P muhimu = I 2 R; P hasara - hasara za nguvu, P hasara = I 2 r; I - nguvu ya sasa katika mzunguko; R - upinzani wa mzigo (mzunguko wa nje); r ni upinzani wa ndani wa chanzo cha sasa.

Jumla ya nguvu inaweza kuhesabiwa kwa kutumia moja ya fomula tatu:

P kamili = I 2 (R + r), P kamili = ℰ 2 R + r, P kamili = I ℰ,

ambapo ℰ ni nguvu ya kielektroniki (EMF) ya chanzo cha sasa.

Nguvu halisi- hii ni nguvu ambayo hutolewa katika mzunguko wa nje, i.e. kwenye mzigo (kinga), na inaweza kutumika kwa madhumuni fulani.

Nguvu halisi inaweza kuhesabiwa kwa kutumia moja ya fomula tatu:

P muhimu = I 2 R, P muhimu = U 2 R, P muhimu = IU,

ambapo mimi ni nguvu ya sasa katika mzunguko; U ni voltage kwenye vituo (clamps) ya chanzo cha sasa; R - upinzani wa mzigo (mzunguko wa nje).

Kupoteza nguvu ni nguvu ambayo hutolewa katika chanzo cha sasa, i.e. katika mzunguko wa ndani, na hutumiwa kwenye michakato inayofanyika katika chanzo yenyewe; Upotezaji wa nguvu hauwezi kutumika kwa madhumuni mengine yoyote.

Upotezaji wa nguvu kawaida huhesabiwa kwa kutumia fomula

P hasara = I 2 r,

ambapo mimi ni nguvu ya sasa katika mzunguko; r ni upinzani wa ndani wa chanzo cha sasa.

Wakati wa mzunguko mfupi, nguvu muhimu huenda kwa sifuri

P muhimu = 0,

kwa kuwa hakuna upinzani wa mzigo katika tukio la mzunguko mfupi: R = 0.

Nguvu ya jumla wakati wa mzunguko mfupi wa chanzo inafanana na nguvu ya kupoteza na inahesabiwa kwa formula

P kamili = ℰ 2 r,

ambapo ℰ ni nguvu ya umeme (EMF) ya chanzo cha sasa; r ni upinzani wa ndani wa chanzo cha sasa.

Nguvu muhimu ina thamani ya juu katika kesi wakati upinzani wa mzigo R ni sawa na upinzani wa ndani r wa chanzo cha sasa:

R = r.

Upeo wa nguvu muhimu:

P muhimu max = 0.5 P kamili,

ambapo Ptot ndio nguvu kamili ya chanzo cha sasa; P kamili = ℰ 2 / 2 r.

Fomula wazi ya kuhesabu upeo muhimu nguvu kama ifuatavyo:

P muhimu max = ℰ 2 4 r .

Ili kurahisisha mahesabu, ni muhimu kukumbuka mambo mawili:

• ikiwa na upinzani wa mzigo mbili R 1 na R 2 nguvu sawa muhimu hutolewa katika mzunguko, basi upinzani wa ndani chanzo cha sasa r kinahusiana na ukinzani ulioonyeshwa na fomula

r = R 1 R 2;

• ikiwa nguvu ya juu muhimu inatolewa katika mzunguko, basi nguvu ya sasa I * katika mzunguko ni nusu ya nguvu ya sasa ya mzunguko mfupi i:

Mimi * = i 2 .

Mfano 15. Inapofupishwa kwa upinzani wa 5.0 Ohms, betri ya seli huzalisha sasa ya 2.0 A. Mzunguko mfupi wa sasa wa betri ni 12 A. Kuhesabu upeo wa nguvu muhimu ya betri.

Suluhisho . Wacha tuchambue hali ya shida.

1. Wakati betri imeunganishwa na upinzani R 1 = 5.0 Ohm, sasa ya nguvu I 1 = 2.0 A inapita katika mzunguko, kama inavyoonyeshwa kwenye Mtini. a, iliyoamuliwa na sheria ya Ohm kwa mzunguko kamili:

I 1 = ℰ R 1 + r,

ambapo ℰ - EMF ya chanzo cha sasa; r ni upinzani wa ndani wa chanzo cha sasa.

2. Betri inapozungushwa kwa muda mfupi, mkondo wa mzunguko mfupi wa umeme hutiririka kwenye saketi, kama inavyoonyeshwa kwenye Mtini. b. Mzunguko wa sasa wa mzunguko mfupi unatambuliwa na formula

ambapo mimi ni mzunguko mfupi wa sasa, i = 12 A.

3. Wakati betri imeunganishwa na upinzani R 2 = r, sasa ya nguvu I 2 inapita katika mzunguko, kama inavyoonyeshwa kwenye Mtini. in , iliyoamuliwa na sheria ya Ohm kwa mzunguko kamili:

I 2 = ℰ R 2 + r = ℰ 2 r;

katika kesi hii, nguvu ya juu muhimu hutolewa katika mzunguko:

P muhimu max = I 2 2 R 2 = I 2 2 r.

Kwa hivyo, ili kuhesabu kiwango cha juu cha nguvu muhimu, ni muhimu kuamua upinzani wa ndani wa chanzo cha sasa r na nguvu ya sasa I 2.

Ili kupata nguvu ya sasa I 2, tunaandika mfumo wa equations:

i = ℰ r , I 2 = ℰ 2 r )

na ugawanye milinganyo:

mimi 2 = 2 .

Hii ina maana:

I 2 = i 2 = 12 2 = 6.0 A.

Ili kupata upinzani wa ndani wa chanzo r, tunaandika mfumo wa equations:

I 1 = ℰ R 1 + r, i = ℰ r)

na ugawanye milinganyo:

Mimi 1 i = r R 1 + r.

Hii ina maana:

r = I 1 R 1 i - I 1 = 2.0 ⋅ 5.0 12 - 2.0 = 1.0 Ohm.

Wacha tuhesabu kiwango cha juu cha nguvu muhimu:

P muhimu max = I 2 2 r = 6.0 2 ⋅ 1.0 = 36 W.

Kwa hivyo, nguvu ya juu inayoweza kutumika ya betri ni 36 W.

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.

Lengo la kazi: soma njia ya kupima EMF na upinzani wa ndani wa chanzo cha sasa kwa kutumia ammeter na voltmeter.

Vifaa: kibao cha chuma, chanzo cha sasa, ammeter, voltmeter, resistor, key, clamps, waya za kuunganisha.

Ili kupima EMF na upinzani wa ndani wa chanzo cha sasa, mzunguko wa umeme umekusanyika, mchoro wake unaonyeshwa kwenye Mchoro 1.

Ammeter, upinzani na kubadili kushikamana katika mfululizo huunganishwa na chanzo cha sasa. Kwa kuongeza, voltmeter pia inaunganishwa moja kwa moja na jacks za pato za chanzo.

EMF inapimwa kwa kusoma voltmeter na kubadili wazi. Njia hii ya kuamua EMF inategemea corollary kutoka kwa sheria ya Ohm kwa mzunguko kamili, kulingana na ambayo, kwa upinzani mkubwa wa mzunguko wa nje, voltage kwenye vituo vya chanzo ni sawa na EMF yake. (Angalia aya "Sheria ya Ohm kwa Mzunguko Kamili" katika kitabu cha Fizikia 10).

Kuamua upinzani wa ndani wa chanzo, ufunguo K umefungwa. Katika kesi hii, sehemu mbili zinaweza kutofautishwa takriban katika mzunguko: nje (ile iliyounganishwa na chanzo) na ya ndani (ile ambayo iko ndani ya sasa. chanzo). Kwa kuwa chanzo cha EMF ni sawa na jumla ya matone ya voltage katika sehemu za ndani na nje za mzunguko:

ε = Ur+UR, HiyoUr = ε -UR (1)

Kulingana na sheria ya Ohm kwa sehemu ya mnyororo U r = I · r(2). Kubadilisha usawa (2) hadi (1) tunapata:

I· r = ε - Ur , kutoka wapi r = (ε - UR)/ J

Kwa hiyo, ili kujua upinzani wa ndani wa chanzo cha sasa, ni muhimu kwanza kuamua EMF yake, kisha funga kubadili na kupima kushuka kwa voltage kwenye upinzani wa nje, pamoja na nguvu za sasa ndani yake.

Maendeleo

1. Andaa jedwali ili kurekodi matokeo ya vipimo na mahesabu:

Chora mchoro kwenye daftari lako ili kupima emf na upinzani wa ndani wa chanzo.

Baada ya kuangalia mzunguko, kusanya mzunguko wa umeme. Fungua ufunguo.

Pima ukubwa wa chanzo emf.

Funga ufunguo na uamua usomaji wa ammeter na voltmeter.

Kuhesabu upinzani wa ndani wa chanzo.

1. Uamuzi wa emf na upinzani wa ndani wa chanzo cha sasa kwa njia ya picha

Lengo la kazi: jifunze vipimo vya emf, upinzani wa ndani na mzunguko mfupi wa sasa wa chanzo cha sasa, kwa kuzingatia uchambuzi wa grafu ya utegemezi wa voltage kwenye pato la chanzo kwenye sasa katika mzunguko.

Vifaa: kiini cha galvanic, ammeter, voltmeter, resistor R 1 , resistor variable, muhimu, clamps, chuma kibao, kuunganisha waya.

Kutoka kwa sheria ya Ohm kwa mzunguko kamili inafuata kwamba voltage kwenye pato la chanzo cha sasa inategemea uwiano wa moja kwa moja na sasa katika mzunguko:

tangu I = E / (R + r), basi IR + Ir = E, lakini IR = U, wapi U + Ir = E au U = E - Ir (1).

Ikiwa unapanga utegemezi wa U juu ya I, basi kutoka kwa pointi zake za makutano na axes za kuratibu unaweza kuamua E, I K.Z. - nguvu ya sasa ya mzunguko mfupi (sasa ambayo itapita katika mzunguko wa chanzo wakati upinzani wa nje R unakuwa sifuri).

EMF imedhamiriwa na hatua ya makutano ya grafu na mhimili wa voltage. Hatua hii kwenye grafu inafanana na hali ya mzunguko ambayo hakuna sasa ndani yake na, kwa hiyo, U = E.

Nguvu ya sasa ya mzunguko mfupi imedhamiriwa na hatua ya makutano ya grafu na mhimili wa sasa. Katika kesi hii, upinzani wa nje R = 0 na, kwa hiyo, voltage kwenye pato la chanzo U = 0.

Upinzani wa ndani wa chanzo hupatikana kwa tangent ya angle ya mwelekeo wa grafu kuhusiana na mhimili wa sasa. (Linganisha fomula (1) na kazi ya hisabati ya fomu Y = AX + B na kumbuka maana ya mgawo wa X).

Maendeleo

Ili kurekodi matokeo ya kipimo, tayarisha meza:

1. Baada ya mwalimu kuangalia mzunguko, kukusanya mzunguko wa umeme. Weka slider ya kupinga kutofautiana kwa nafasi ambayo upinzani wa mzunguko unaounganishwa na chanzo cha sasa ni cha juu.

Tambua sasa katika mzunguko na voltage kwenye vituo vya chanzo kwa thamani ya juu ya upinzani wa kupinga kutofautiana. Ingiza data ya kipimo kwenye jedwali.

Kurudia vipimo vya sasa na voltage mara kadhaa, kila wakati kupunguza thamani ya upinzani wa kutofautiana ili voltage kwenye vituo vya chanzo hupungua kwa 0.1V. Kuacha vipimo wakati sasa katika mzunguko kufikia 1A.

Panga pointi zilizopatikana katika jaribio kwenye grafu. Plot voltage pamoja na mhimili wima, na sasa kwenye mhimili mlalo. Chora mstari wa moja kwa moja kupitia pointi.

Endelea na grafu hadi inaingiliana na shoka za kuratibu na kuamua maadili ya E na I K.Z.

Pima EMF ya chanzo kwa kuunganisha voltmeter kwenye vituo vyake na mzunguko wa nje wazi. Linganisha maadili ya EMF yaliyopatikana na njia hizo mbili na uonyeshe sababu ya tofauti inayowezekana katika matokeo.

Kuamua upinzani wa ndani wa chanzo cha sasa. Ili kufanya hivyo, hesabu tangent ya angle ya mwelekeo wa grafu iliyojengwa kwa mhimili wa sasa. Kwa kuwa tangent ya pembe katika pembetatu ya kulia ni sawa na uwiano wa upande kinyume na upande wa karibu, hii inaweza kufanywa kwa kupata uwiano E / I K.Z.