مقاومت داخلی R. موضوع: تعیین emf و مقاومت داخلی منبع جریان. مقاومت بیرونی و داخلی

8.5. اثر حرارتی جریان

8.5.1. برق منبع فعلی

توان کل منبع فعلی:

P کل = P مفید + P ضرر،

که در آن P مفید - قدرت مفید، P مفید = I 2 R; تلفات P - تلفات توان، تلفات P = I 2 r; I - قدرت جریان در مدار؛ R - مقاومت بار (مدار خارجی)؛ r مقاومت داخلی منبع جریان است.

توان ظاهری را می توان با استفاده از یکی از سه فرمول محاسبه کرد:

P کامل = I 2 (R + r)، P کامل = ℰ 2 R + r، P کامل = I ℰ،

که در آن ℰ نیروی الکتروموتور (EMF) منبع جریان است.

قدرت خالص- این توانی است که در مدار خارجی آزاد می شود، یعنی. بر روی یک بار (مقاومت)، و می تواند برای برخی اهداف استفاده شود.

توان خالص را می توان با استفاده از یکی از سه فرمول محاسبه کرد:

P مفید = I 2 R، P مفید = U 2 R، P مفید = IU،

جایی که I قدرت جریان در مدار است. U ولتاژ در پایانه ها (گیره ها) منبع جریان است. R - مقاومت بار (مدار خارجی).

از دست دادن توان، توانی است که در منبع فعلی آزاد می شود، یعنی. در مدار داخلی، و صرف فرآیندهایی می شود که در خود منبع اتفاق می افتد. از اتلاف برق نمی توان برای اهداف دیگری استفاده کرد.

تلفات برق معمولاً با استفاده از فرمول محاسبه می شود

تلفات P = I 2 r،

جایی که I قدرت جریان در مدار است. r مقاومت داخلی منبع جریان است.

در طول یک اتصال کوتاه، توان مفید به صفر می رسد

P مفید = 0،

از آنجایی که در صورت اتصال کوتاه مقاومت بار وجود ندارد: R = 0.

مجموع توان در طول اتصال کوتاه منبع با تلفات قدرت منطبق است و با فرمول محاسبه می شود

P کامل = ℰ 2 r،

که در آن ℰ نیروی الکتروموتور (EMF) منبع جریان است. r مقاومت داخلی منبع جریان است.

قدرت مفید دارد حداکثر مقداردر صورتی که مقاومت بار R برابر با مقاومت داخلی r منبع جریان باشد:

R = r.

حداکثر توان مفید:

حداکثر P مفید = 0.5 P کامل،

که در آن ptot قدرت کل منبع فعلی است. P کامل = ℰ 2/2 r.

فرمول صریح برای محاسبه حداکثر قدرت مفیدبه شرح زیر است:

P حداکثر مفید = ℰ 2 4 r .

برای ساده کردن محاسبات، یادآوری دو نکته مفید است:

• اگر با دو مقاومت بار R 1 و R 2 همان توان مفید در مدار آزاد شود، آنگاه مقاومت داخلیمنبع جریان r با فرمول به مقاومت های نشان داده شده مربوط می شود

r = R 1 R 2 ;

• اگر حداکثر توان مفید در مدار آزاد شود، قدرت جریان I * در مدار نصف قدرت جریان اتصال کوتاه i است:

I * = i 2 .

مثال 15. هنگامی که یک باتری از سلول ها به مقاومت 5.0 اهم اتصال کوتاه می کند، جریان 2.0 A تولید می کند. جریان اتصال کوتاه باتری 12 A است. حداکثر توان مفید باتری را محاسبه کنید.

راه حل . اجازه دهید وضعیت مشکل را تجزیه و تحلیل کنیم.

1. هنگامی که یک باتری به مقاومت R1 = 5.0 اهم متصل می شود، جریانی با قدرت I 1 = 2.0 A در مدار جریان می یابد، همانطور که در شکل نشان داده شده است. a که توسط قانون اهم برای مدار کامل تعیین می شود:

I 1 = ℰ R 1 + r،

جایی که ℰ - EMF منبع فعلی؛ r مقاومت داخلی منبع جریان است.

2. همانطور که در شکل نشان داده شده است، هنگامی که باتری اتصال کوتاه می کند، جریان اتصال کوتاه در مدار جریان می یابد. ب جریان اتصال کوتاه با فرمول تعیین می شود

جایی که i جریان اتصال کوتاه است، i = 12 A.

3. هنگامی که یک باتری به مقاومت R 2 = r متصل می شود، جریان نیروی I 2 در مدار جریان می یابد، همانطور که در شکل نشان داده شده است. در، توسط قانون اهم برای مدار کامل تعیین می شود:

I 2 = ℰ R 2 + r = ℰ 2 r;

در این حالت حداکثر توان مفید در مدار آزاد می شود:

P مفید حداکثر = I 2 2 R 2 = I 2 2 r.

بنابراین، برای محاسبه حداکثر توان مفید، لازم است مقاومت داخلی منبع جریان r و قدرت جریان I 2 تعیین شود.

برای یافتن قدرت فعلی I 2، سیستم معادلات را می نویسیم:

i = ℰ r، I 2 = ℰ 2 r)

و معادلات را تقسیم کنید:

i I 2 = 2 .

این دلالت می کنه که:

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

برای یافتن مقاومت داخلی منبع r، سیستم معادلات را می نویسیم:

I 1 = ℰ R 1 + r، i = ℰ r)

و معادلات را تقسیم کنید:

I 1 i = r R 1 + r .

این دلالت می کنه که:

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

بیایید حداکثر توان مفید را محاسبه کنیم:

P حداکثر مفید = I 2 2 r = 6.0 2 ⋅ 1.0 = 36 W.

بنابراین حداکثر توان قابل استفاده باتری 36 وات است.

جریان الکتریکی در یک رسانا تحت تأثیر میدان الکتریکی ایجاد می شود و باعث می شود ذرات باردار آزاد در یک جهت حرکت کنند. تولید جریان ذرات یک مشکل جدی است. ساخت چنین دستگاهی که اختلاف پتانسیل میدان را برای مدت طولانی در یک حالت حفظ کند، کاری است که حل آن برای بشریت تنها تا پایان قرن هجدهم ممکن بود.

اولین تلاش ها

اولین تلاش ها برای "ذخیره برق" برای تحقیقات بیشتر و استفاده از آن در هلند انجام شد. ایوالد یورگن فون کلایست آلمانی و پیتر ون موشنبروک هلندی که تحقیقات خود را در شهر لیدن انجام دادند، اولین خازن جهان را ایجاد کردند که بعداً به نام "لیدن کوزه" نامیده شد.

تجمع بار الکتریکی قبلاً تحت تأثیر اصطکاک مکانیکی اتفاق افتاده است. امکان استفاده از تخلیه از طریق یک هادی برای مدت زمان مشخص و نسبتاً کوتاهی وجود داشت.

پیروزی ذهن انسان بر ماده ای زودگذر مانند الکتریسیته انقلابی بود.

متأسفانه تخلیه (جریان الکتریکی ایجاد شده توسط خازن) به قدری کوتاه بود که امکان ایجاد آن وجود نداشت. علاوه بر این، ولتاژ تامین شده توسط خازن به تدریج کاهش می یابد که امکان دریافت جریان طولانی مدت را باقی نمی گذارد.

باید دنبال راه دیگری بود.

منبع اول

آزمایش‌های گالوانی ایتالیایی بر روی «الکتریسیته حیوانی» تلاشی اصلی برای یافتن منبع طبیعی جریان در طبیعت بود. او با آویزان کردن پاهای قورباغه های جدا شده روی قلاب های فلزی یک شبکه آهنی، توجه را به واکنش مشخصه پایانه های عصبی جلب کرد.

با این حال، نتیجه گیری گالوانی توسط ایتالیایی دیگر، الساندرو ولتا، رد شد. او که علاقه مند به امکان بدست آوردن الکتریسیته از موجودات حیوانی بود، یک سری آزمایش با قورباغه ها انجام داد. اما نتیجه گیری او کاملاً برعکس فرضیه های قبلی بود.

ولتا متوجه شد که یک موجود زنده فقط نشانگر تخلیه الکتریکی است. هنگامی که جریان عبور می کند، ماهیچه های پنجه ها منقبض می شوند که نشان دهنده اختلاف پتانسیل است. معلوم شد که منبع میدان الکتریکی تماس فلزات غیرمشابه است. هر چه آنها در یک سری عناصر شیمیایی از هم دورتر باشند، تأثیر آن بیشتر است.

صفحات فلزات غیرمشابه که با دیسک های کاغذی آغشته به محلول الکترولیت پوشانده شده بودند، اختلاف پتانسیل لازم را برای مدت طولانی ایجاد کردند. و حتی با وجود کم (1.1 ولت) جریان الکتریکی را می توان برای مدت طولانی مطالعه کرد. نکته اصلی این است که تنش برای مدت طولانی بدون تغییر باقی ماند.

چه اتفاقی می افتد

چرا این اثر در منابعی به نام "سلول های گالوانیکی" رخ می دهد؟

دو الکترود فلزی که در یک دی الکتریک قرار می گیرند نقش های متفاوتی را ایفا می کنند. یکی الکترون ها را تامین می کند، دیگری آنها را می پذیرد. فرآیند واکنش ردوکس منجر به ظهور الکترون های اضافی در یک الکترود می شود که قطب منفی نامیده می شود و کمبود در الکترود دوم که آن را به عنوان قطب مثبت منبع تعیین می کنیم.

در ساده‌ترین سلول‌های گالوانیکی، واکنش‌های اکسیداسیون روی یک الکترود و واکنش‌های کاهش در الکترود دیگر رخ می‌دهد. الکترون ها از قسمت بیرونی مدار به الکترودها می آیند. الکترولیت هادی جریان یونی در داخل منبع است. نیروی مقاومت مدت زمان فرآیند را کنترل می کند.

عنصر مس-روی

جالب است که اصل عملکرد سلول های گالوانیکی را با استفاده از مثال سلول گالوانیکی مس-روی که عمل آن از انرژی روی و سولفات مس ناشی می شود، در نظر بگیریم. در این منبع یک صفحه مسی در محلول قرار می گیرد و یک الکترود روی در محلول سولفات روی غوطه ور می شود. محلول ها برای جلوگیری از اختلاط توسط یک فاصله دهنده متخلخل از هم جدا می شوند، اما باید در تماس باشند.

اگر مدار بسته باشد، لایه سطحی روی اکسید می شود. در فرآیند برهمکنش با مایع، اتم های روی که به یون تبدیل می شوند، در محلول ظاهر می شوند. الکترون ها در الکترود آزاد می شوند که می توانند در تشکیل جریان شرکت کنند.

هنگامی که بر روی الکترود مسی قرار می گیرند، الکترون ها در واکنش کاهش شرکت می کنند. یون های مس از محلول به لایه سطحی می آیند و در طی فرآیند احیا به اتم های مس تبدیل می شوند و روی صفحه مسی رسوب می کنند.

بیایید آنچه را که اتفاق می افتد خلاصه کنیم: فرآیند عملکرد یک سلول گالوانیکی با انتقال الکترون ها از عامل کاهنده به عامل اکسید کننده در امتداد قسمت خارجی مدار همراه است. واکنش ها روی هر دو الکترود رخ می دهد. جریان یونی در داخل منبع جریان دارد.

سختی استفاده

در اصل، هر یک از واکنش های ردوکس ممکن را می توان در باتری ها استفاده کرد. اما مواد زیادی وجود ندارند که بتوانند در عناصر فنی با ارزش کار کنند. علاوه بر این، بسیاری از واکنش ها به مواد گران قیمت نیاز دارند.

باتری های مدرن ساختار ساده تری دارند. دو الکترود قرار داده شده در یک الکترولیت ظرف را پر می کنند - بدنه باتری. چنین ویژگی های طراحیساده سازی ساختار و کاهش هزینه باتری.

هر سلول گالوانیکی قادر به تولید جریان مستقیم است.

مقاومت فعلی اجازه نمی دهد که همه یون ها به طور همزمان روی الکترودها ظاهر شوند، بنابراین عنصر برای مدت طولانی کار می کند. واکنش های شیمیایی تشکیل یون دیر یا زود متوقف می شود و عنصر تخلیه می شود.

منبع فعلی از اهمیت بالایی برخوردار است.

کمی در مورد مقاومت

استفاده از جریان الکتریکی بدون شک پیشرفت علمی و فناوری را به سطح جدیدی رساند و به آن انگیزه ای عظیم بخشید. اما نیروی مقاومت در برابر جریان جریان مانع چنین توسعه ای می شود.

از یک سو، جریان الکتریکی دارای خواص ارزشمندی است که در زندگی روزمره و فناوری استفاده می شود، از سوی دیگر، مقاومت قابل توجهی وجود دارد. فیزیک به عنوان علم طبیعت سعی در برقراری تعادل و تطبیق این شرایط دارد.

مقاومت فعلی به دلیل تعامل ذرات باردار الکتریکی با ماده ای که از طریق آن حرکت می کنند، ایجاد می شود. حذف این فرآیند در شرایط دمایی معمولی غیرممکن است.

مقاومت

منبع جریان و مقاومت قسمت خارجی مدار ماهیت کمی متفاوت دارند، اما در این فرآیندها کار انجام شده برای جابجایی شارژ یکسان است.

کار خود فقط به خواص منبع و پر کردن آن بستگی دارد: کیفیت الکترودها و الکترولیت و همچنین برای قسمت های خارجی مدار که مقاومت آنها به پارامترهای هندسی و ویژگی های شیمیایی مواد بستگی دارد. به عنوان مثال، مقاومت یک سیم فلزی با طول آن افزایش می یابد و با افزایش سطح مقطع کاهش می یابد. هنگام حل مشکل چگونگی کاهش مقاومت، فیزیک استفاده از مواد تخصصی را توصیه می کند.

کار جاری

مطابق با قانون ژول-لنز، مقداری گرما در هادی ها متناسب با مقاومت آزاد می شود. اگر مقدار گرما با Q int نشان داده شود. ، قدرت جریان I، زمان جریان آن t، سپس به دست می آوریم:

• Q داخلی = من 2 r t،

جایی که r مقاومت داخلی منبع جریان است.

در کل زنجیره، اعم از هر دو قسمت داخلی و خارجی آن، مقدار کل گرما آزاد می شود که فرمول آن به صورت زیر است:

• Q مجموع = I 2 r t + I 2 R t = I 2 (r + R) t،

مشخص است که مقاومت در فیزیک چگونه مشخص می شود: مدار خارجی (همه عناصر به جز منبع) دارای مقاومت R است.

قانون اهم برای یک مدار کامل

اجازه دهید در نظر بگیریم که کار اصلی توسط نیروهای خارجی در داخل منبع جریان انجام می شود. مقدار آن برابر است با حاصل ضرب بار منتقل شده توسط میدان و نیروی حرکتی منبع:

• q · E = I 2 · (r + R) · t.

با درک اینکه بار برابر با حاصل ضرب قدرت جریان و زمان جریان آن است، داریم:

• E = I (r + R).

مطابق با روابط علت و معلولی، قانون اهم به شکل زیر است:

• I = E: (r + R).

در مدار بسته، EMF منبع جریان با مقاومت کل مدار (ضربه) نسبت مستقیم و معکوس دارد.

بر اساس این الگو می توان مقاومت داخلی منبع جریان را تعیین کرد.

ظرفیت تخلیه منبع

ویژگی های اصلی منابع شامل ظرفیت تخلیه است. حداکثر مقدار الکتریسیته بدست آمده در حین کار تحت شرایط خاص به قدرت جریان تخلیه بستگی دارد.

در حالت ایده آل، زمانی که تقریب های خاصی انجام می شود، ظرفیت تخلیه را می توان ثابت در نظر گرفت.

به عنوان مثال، یک باتری استاندارد با اختلاف پتانسیل 1.5 ولت دارای ظرفیت تخلیه 0.5 Ah است. اگر جریان تخلیه 100 میلی آمپر باشد، 5 ساعت کار می کند.

روش های شارژ باتری

استفاده از باتری باعث تخلیه آنها می شود. شارژ عناصر با اندازه کوچک با استفاده از جریانی انجام می شود که قدرت آن از یک دهم ظرفیت منبع تجاوز نمی کند.

روش های شارژ زیر موجود است:

• استفاده از جریان ثابت برای یک زمان معین (حدود 16 ساعت با جریان 0.1 ظرفیت باتری)؛
• شارژ با یک جریان کاهشی تا یک اختلاف پتانسیل معین؛
• استفاده از جریان های نامتقارن؛
• کاربرد پی در پی پالس های کوتاه شارژ و دشارژ، که در آن زمان اولی از زمان دوم بیشتر می شود.

کار عملی

یک کار پیشنهاد شده است: تعیین مقاومت داخلی منبع جریان و emf.

برای انجام آن، باید منبع جریان، آمپرمتر، ولت متر، رئوستات لغزنده، کلید و مجموعه ای از هادی ها را ذخیره کنید.

استفاده به شما امکان می دهد مقاومت داخلی منبع فعلی را تعیین کنید. برای انجام این کار، باید EMF آن و مقدار مقاومت رئوستات را بدانید.

فرمول محاسبه مقاومت جریان در قسمت خارجی مدار را می توان از قانون اهم برای بخش مدار تعیین کرد:

• I=U:R،

جایی که I قدرت جریان در قسمت خارجی مدار است که با آمپرمتر اندازه گیری می شود. U ولتاژ مقاومت خارجی است.

برای افزایش دقت، اندازه گیری ها حداقل 5 بار انجام می شود. این برای چیست؟ ولتاژ، مقاومت، جریان (یا به عبارت بهتر، قدرت جریان) اندازه گیری شده در طول آزمایش بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد.

برای تعیین EMF منبع جریان، از این واقعیت استفاده می کنیم که ولتاژ در پایانه های آن هنگام باز بودن کلید تقریباً برابر با EMF است.

بیایید مداری از یک باتری، یک رئوستات، یک آمپرمتر و یک کلید متصل به صورت سری را جمع آوری کنیم. ما یک ولت متر را به پایانه های منبع جریان وصل می کنیم. با باز کردن کلید، قرائت آن را می گیریم.

مقاومت داخلی، که فرمول آن از قانون اهم برای یک مدار کامل به دست می آید، با محاسبات ریاضی تعیین می شود:

• I = E: (r + R).
• r = E: I - U: I.

اندازه گیری ها نشان می دهد که مقاومت داخلی به طور قابل توجهی کمتر از مقاومت خارجی است.

عملکرد عملی باتری ها و باتری ها بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. ایمنی زیست محیطی غیرقابل انکار موتورهای الکتریکی شکی نیست، اما ایجاد یک باتری بزرگ و ارگونومیک مشکل فیزیک مدرن است. راه حل آن به دور جدیدی از توسعه فناوری خودرو منجر خواهد شد.

باتری های قابل شارژ کوچک، سبک و با ظرفیت بالا نیز در دستگاه های الکترونیکی سیار ضروری هستند. میزان انرژی مصرفی در آنها ارتباط مستقیمی با عملکرد دستگاه ها دارد.

در انتهای هادی و در نتیجه جریان، وجود نیروهای خارجی با ماهیت غیر الکتریکی ضروری است که با کمک آنها جداسازی بارهای الکتریکی اتفاق می افتد.

توسط نیروهای خارجیهر نیرویی است که بر ذرات باردار الکتریکی در مدار وارد می شود، به استثنای الکترواستاتیک (به عنوان مثال، کولن).

نیروهای شخص ثالث ذرات باردار را در تمام منابع جریان به حرکت در می آورند: در ژنراتورها، نیروگاه ها، سلول های گالوانیکی، باتری ها و غیره.

هنگامی که یک مدار بسته می شود، میدان الکتریکی در تمام هادی های مدار ایجاد می شود. در داخل منبع جریان، بارها تحت تأثیر نیروهای خارجی در برابر نیروهای کولن حرکت می کنند (الکترون ها از یک الکترود با بار مثبت به یک الکترود منفی حرکت می کنند)، و در بقیه مدار توسط یک میدان الکتریکی رانده می شوند (شکل بالا را ببینید).

در منابع جاری، در فرآیند جداسازی ذرات باردار، انواع مختلف انرژی به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. با توجه به نوع انرژی تبدیل شده، آنها را تشخیص می دهند انواع زیرنیروی محرکه برقی:

- الکترواستاتیک- در دستگاه الکتروفور که در آن انرژی مکانیکی با اصطکاک به انرژی الکتریکی تبدیل می شود.

- ترموالکتریک- در یک عنصر حرارتی - انرژی داخلی اتصال گرم دو سیم ساخته شده از فلزات مختلف به انرژی الکتریکی تبدیل می شود.

- فتوولتائیک- در فتوسل در اینجا تبدیل انرژی نور به انرژی الکتریکی اتفاق می افتد: هنگامی که مواد خاصی روشن می شوند، به عنوان مثال، سلنیوم، اکسید مس (I)، سیلیکون، از دست دادن بار الکتریکی منفی مشاهده می شود.

- شیمیایی- در سلول های گالوانیکی، باتری ها و سایر منابعی که در آنها انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی تبدیل می شود.

نیروی محرکه الکتریکی (EMF)- ویژگی های منابع جاری مفهوم EMF توسط G. Ohm در سال 1827 برای مدارهای جریان مستقیم معرفی شد. در سال 1857، Kirchhoff EMF را به عنوان کار نیروهای خارجی در طول انتقال بار الکتریکی واحد در طول یک مدار بسته تعریف کرد:

ɛ = A st /q,

جایی که ɛ - EMF منبع فعلی، یک خیابان- کار نیروهای خارجی، q- مبلغ شارژ منتقل شده

نیروی محرکه الکتریکی بر حسب ولت بیان می شود.

ما می توانیم در مورد نیروی الکتروموتور در هر بخشی از مدار صحبت کنیم. این کار ویژه نیروهای خارجی (کار برای جابجایی یک بار واحد) نه در کل مدار، بلکه فقط در یک منطقه معین است.

مقاومت داخلی منبع جریان.

اجازه دهید یک مدار بسته ساده متشکل از یک منبع جریان (به عنوان مثال، یک سلول گالوانیکی، باتری یا ژنراتور) و یک مقاومت با مقاومت وجود داشته باشد. آر. جریان در مدار بسته هیچ جا قطع نمی شود، بنابراین در داخل منبع جریان نیز وجود دارد. هر منبعی نشان دهنده مقداری مقاومت در برابر جریان است. نامیده می شود مقاومت داخلی منبع جریانو با نامه مشخص می شود r.

در ژنراتور r- این مقاومت سیم پیچ است، در یک سلول گالوانیکی - مقاومت محلول الکترولیت و الکترودها.

بنابراین، منبع جریان با مقادیر EMF و مقاومت داخلی مشخص می شود که کیفیت آن را تعیین می کند. به عنوان مثال، ماشین های الکترواستاتیک دارای EMF بسیار بالایی هستند (تا ده ها هزار ولت)، اما در عین حال مقاومت داخلی آنها بسیار زیاد است (تا صدها مگا اهم). بنابراین برای تولید جریان های زیاد نامناسب هستند. سلول های گالوانیک دارای EMF تقریباً 1 ولت هستند، اما مقاومت داخلی نیز کم است (تقریباً 1 اهم یا کمتر). این به آنها اجازه می دهد تا جریان های اندازه گیری شده در آمپر را بدست آورند.

منبع وسیله ای است که انرژی مکانیکی، شیمیایی، حرارتی و برخی از اشکال دیگر را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. به عبارت دیگر، منبع یک عنصر شبکه فعال است که برای تولید برق طراحی شده است. انواع مختلف منابع موجود در شبکه برق، منابع ولتاژ و منابع جریان هستند. این دو مفهوم در الکترونیک با یکدیگر متفاوت هستند.

منبع ولتاژ ثابت

منبع ولتاژ دستگاهی با دو قطب است که ولتاژ آن در هر زمان ثابت است و جریان عبوری از آن هیچ تاثیری ندارد. چنین منبعی با داشتن مقاومت داخلی صفر ایده آل خواهد بود. در شرایط عملی نمی توان آن را به دست آورد.

الکترون اضافی در قطب منفی منبع ولتاژ و کمبود الکترون در قطب مثبت جمع می شود. حالات قطب ها توسط فرآیندهای درون منبع حفظ می شود.

باتری ها

باتری ها انرژی شیمیایی را در داخل ذخیره می کنند و می توانند آن را به انرژی الکتریکی تبدیل کنند. باتری ها قابل شارژ نیستند که این نقطه ضعف آنهاست.

باتری ها

باتری های قابل شارژ باتری های قابل شارژ هستند. هنگام شارژ، انرژی الکتریکی در داخل به عنوان انرژی شیمیایی ذخیره می شود. در حین تخلیه، فرآیند شیمیایی در جهت مخالف اتفاق می افتد و انرژی الکتریکی آزاد می شود.

مثال ها:

1. سلول باتری سرب اسید. از الکترودهای سرب و مایع الکترولیتی به شکل اسید سولفوریک رقیق شده با آب مقطر ساخته شده است. ولتاژ هر سلول حدود 2 ولت است. در باتری های خودرو، 6 سلول معمولاً در یک مدار سری به هم متصل می شوند و ولتاژ حاصل در پایانه های خروجی 12 ولت است.

1. باتری های نیکل کادمیوم، ولتاژ سلولی - 1.2 ولت.

مهم!برای جریان های کوچک، باتری ها و آکومولاتورها را می توان تقریب خوبی از منابع ولتاژ ایده آل در نظر گرفت.

منبع ولتاژ AC

برق در نیروگاه ها با استفاده از ژنراتور تولید می شود و پس از تنظیم ولتاژ به مصرف کننده منتقل می شود. ولتاژ متناوب شبکه خانگی 220 ولت در منابع تغذیه دستگاه های الکترونیکی مختلف در هنگام استفاده از ترانسفورماتور به راحتی به مقدار کمتری تبدیل می شود.

منبع فعلی

بر اساس قیاس، همانطور که یک منبع ولتاژ ایده آل یک ولتاژ ثابت در خروجی ایجاد می کند، وظیفه یک منبع جریان تولید یک مقدار جریان ثابت است که به طور خودکار ولتاژ مورد نیاز را کنترل می کند. به عنوان مثال ترانسفورماتور جریان (سیم پیچ ثانویه)، فتوسل، جریان کلکتور ترانزیستورها می باشد.

محاسبه مقاومت داخلی منبع ولتاژ

منابع ولتاژ واقعی مقاومت الکتریکی خاص خود را دارند که به آن "مقاومت داخلی" می گویند. بار متصل به پایانه های منبع به عنوان "مقاومت خارجی" تعیین می شود - R.

یک باتری از باتری ها EMF تولید می کند:

ε = E/Q، که در آن:

• E – انرژی (J)؛
• Q – شارژ (C).

مجموع emf یک سلول باتری، ولتاژ مدار باز آن در زمانی است که بار وجود ندارد. با استفاده از مولتی متر دیجیتال می توان آن را با دقت خوبی بررسی کرد. اختلاف پتانسیل اندازه‌گیری شده در پایانه‌های خروجی باتری زمانی که به مقاومت بار متصل می‌شود کمتر از ولتاژ آن در هنگام باز بودن مدار خواهد بود، به دلیل جریان جریان از طریق بار خارجی و از طریق مقاومت داخلی منبع، این منجر به اتلاف انرژی در آن به عنوان تابش حرارتی می شود.

مقاومت داخلی یک باتری شیمیایی بین کسری از اهم و چند اهم است و عمدتاً به دلیل مقاومت مواد الکترولیتی مورد استفاده در ساخت باتری است.

اگر یک مقاومت با مقاومت R به باتری متصل شود، جریان در مدار I = ε/(R + r) است.

مقاومت داخلی یک مقدار ثابت نیست. تحت تأثیر نوع باتری (قلیایی، سرب اسیدی و غیره) قرار می گیرد و بسته به مقدار بار، دما و مدت استفاده از باتری تغییر می کند. به عنوان مثال، با باتری های یکبار مصرف، مقاومت داخلی در حین استفاده افزایش می یابد و بنابراین ولتاژ کاهش می یابد تا به حالتی برسد که برای استفاده بیشتر نامناسب است.

اگر emf منبع یک کمیت از پیش تعیین شده باشد، مقاومت داخلی منبع با اندازه گیری جریان عبوری از مقاومت بار تعیین می شود.

1. از آنجایی که مقاومت داخلی و خارجی در مدار تقریبی به صورت سری به هم متصل می شوند، می توانید از قوانین اهم و کیرشهف برای اعمال فرمول استفاده کنید:

1. از این عبارت r = ε/I - R.

مثال.یک باتری با emf ε = 1.5 ولت شناخته شده به صورت سری با یک لامپ متصل می شود. افت ولتاژ در سراسر لامپ 1.2 ولت است. بنابراین، مقاومت داخلی المنت افت ولتاژ ایجاد می کند: 1.5 - 1.2 = 0.3 V. مقاومت سیم ها در مدار ناچیز در نظر گرفته می شود، مقاومت لامپ نیست. شناخته شده. جریان اندازه گیری شده عبوری از مدار: I = 0.3 A. تعیین مقاومت داخلی باتری ضروری است.

1. طبق قانون اهم، مقاومت لامپ R = U/I = 1.2/0.3 = 4 اهم است.
2. حال طبق فرمول محاسبه مقاومت داخلی r = ε/I - R = 1.5/0.3 - 4 = 1 Ohm.

در صورت اتصال کوتاه، مقاومت خارجی تقریباً به صفر می رسد. جریان را فقط می توان با مقاومت کوچک منبع محدود کرد. جریان تولید شده در چنین شرایطی به قدری قوی است که ممکن است منبع ولتاژ در اثر حرارتی جریان آسیب ببیند و خطر آتش سوزی وجود داشته باشد. با نصب فیوزها به عنوان مثال در مدارهای باتری خودرو از خطر آتش سوزی جلوگیری می شود.

مقاومت داخلی یک منبع ولتاژ عامل مهمی در هنگام تصمیم گیری در مورد نحوه ارائه کارآمدترین توان به یک دستگاه الکتریکی متصل است.

مهم!حداکثر انتقال توان زمانی اتفاق می افتد که مقاومت داخلی منبع برابر با مقاومت بار باشد.

با این حال، در این شرایط، با به خاطر سپردن فرمول P = I² x R، مقدار یکسانی از انرژی به بار منتقل شده و در خود منبع تلف می شود و بازده آن تنها 50٪ است.

الزامات بار باید به دقت در نظر گرفته شود تا در مورد بهترین استفاده از منبع تصمیم گیری شود. به عنوان مثال، یک باتری سرب اسیدی خودرو باید جریان های بالایی را با ولتاژ نسبتا کم 12 ولت ارائه کند. مقاومت داخلی پایین آن به آن اجازه می دهد این کار را انجام دهد.

در برخی موارد، منابع تغذیه با ولتاژ بالا باید مقاومت داخلی بسیار بالایی داشته باشند تا جریان اتصال کوتاه را محدود کنند.

ویژگی های مقاومت داخلی منبع جریان

یک منبع جریان ایده آل دارای مقاومت بی نهایت است، اما برای منابع واقعی می توان یک نسخه تقریبی را تصور کرد. مدار الکتریکی معادل یک مقاومت متصل به منبع به صورت موازی و یک مقاومت خارجی است.

جریان خروجی از منبع جریان به صورت زیر توزیع می شود: بخشی از جریان از طریق بالاترین مقاومت داخلی و از طریق مقاومت بار کم جریان می یابد.

جریان خروجی مجموع جریان های مقاومت داخلی و بار Io = In + Iin خواهد بود.

معلوم می شود:

در = Iо - Iin = Iо - Un/r.

این رابطه نشان می دهد که با افزایش مقاومت داخلی منبع جریان، جریان عبوری از آن بیشتر کاهش می یابد و مقاومت بار بیشتر جریان را دریافت می کند. جالب اینجاست که ولتاژ بر مقدار جریان تاثیر نمی گذارد.

ولتاژ خروجی منبع واقعی:

Uout = I x (R x r)/(R +r) = I x R/(1 + R/r). به این مقاله امتیاز دهید:

قانون اهم برای یک مدار کامل، که تعریف آن مربوط به مقدار جریان الکتریکی در مدارهای واقعی است، به منبع جریان و مقاومت بار بستگی دارد. این قانون همچنین نام دیگری دارد - قانون اهم برای مدارهای بسته. اصل اجرایی این قانون به شرح زیر است.

به عنوان ساده ترین مثال، یک لامپ الکتریکی که مصرف کننده جریان الکتریکی است، همراه با منبع جریان چیزی بیش از یک مدار بسته نیست. این مدار الکتریکی به وضوح در شکل نشان داده شده است.

جریان الکتریکی که از یک لامپ عبور می کند از خود منبع جریان نیز عبور می کند. بنابراین، جریان در حین عبور از مدار، مقاومت نه تنها هادی، بلکه مقاومت مستقیم خود منبع جریان را نیز تجربه خواهد کرد. در منبع، مقاومت توسط الکترولیت واقع بین صفحات و لایه های مرزی صفحات و الکترولیت ایجاد می شود. نتیجه این است که در یک مدار بسته، مقاومت کل آن از مجموع مقاومت های لامپ و منبع جریان تشکیل می شود.

مقاومت بیرونی و داخلی

مقاومت بار، در این مورد یک لامپ، متصل به یک منبع جریان، مقاومت خارجی نامیده می شود. مقاومت مستقیم منبع جریان را مقاومت داخلی می نامند. برای نمایش بصری بیشتر فرآیند، تمام مقادیر باید به طور متعارف تعیین شوند. I -، R - مقاومت خارجی، r - مقاومت داخلی. هنگامی که جریان از یک مدار الکتریکی عبور می کند، برای حفظ آن، باید یک اختلاف پتانسیل بین انتهای مدار خارجی وجود داشته باشد که دارای مقدار IxR است. با این حال، جریان جریان در مدار داخلی نیز مشاهده می شود. به این معنی که برای حفظ جریان الکتریکی در مدار داخلی، اختلاف پتانسیل در انتهای مقاومت r نیز ضروری است. مقدار این اختلاف پتانسیل برابر با Iхr است.

نیروی الکتروموتور باتری

باتری باید دارای مقدار نیروی الکتروموتور زیر باشد که بتواند جریان مورد نیاز در مدار را حفظ کند: E=IxR+Ixr. از فرمول مشخص می شود که نیروی الکتروموتور باتری مجموع نیروی خارجی و داخلی است. مقدار فعلی باید از پرانتز خارج شود: E=I(r+R). در غیر این صورت می توانید تصور کنید: I=E/(r+R) . دو فرمول آخر قانون اهم را برای یک مدار کامل بیان می کند که تعریف آن به شرح زیر است: در مدار بسته، شدت جریان با نیروی الکتروموتور نسبت مستقیم و با مجموع مقاومت های این مدار نسبت معکوس دارد.