Ընթացիկ աղբյուրի ներքին դիմադրություն: Դիմադրություն - բանաձեւ

2024 Հեղինակ: Angel Austin | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-15 17:25

Էլեկտրական հոսանքը հաղորդիչում առաջանում է էլեկտրական դաշտի ազդեցության տակ՝ ստիպելով ազատ լիցքավորված մասնիկներին շարժվել դեպի ուղղորդված շարժում։ Մասնիկների հոսանքի ստեղծումը լուրջ խնդիր է: Նման սարքի կառուցումը, որը երկար ժամանակ կպահպանի դաշտի պոտենցիալ տարբերությունը մեկ պետության մեջ, խնդիր է, որը մարդկությունը կարող էր լուծել միայն 18-րդ դարի վերջում։

Առաջին փորձ

Առաջին փորձերը «էլեկտրականություն կուտակելու»՝ դրա հետագա հետազոտման և օգտագործման համար կատարվել են Հոլանդիայում։ Գերմանացի Էվալդ Յուրգեն ֆոն Կլայստը և հոլանդացի Պիտեր վան Մուշենբրուկը, ովքեր իրենց հետազոտություններն անցկացրել են Լեյդեն քաղաքում, ստեղծել են աշխարհի առաջին կոնդենսատորը, որը հետագայում կոչվել է «Լեյդեն սափոր»:

Էլեկտրական լիցքի կուտակումն արդեն տեղի է ունեցել մեխանիկական շփման ազդեցության տակ։ Հնարավոր էր որոշակի, բավականին կարճ ժամանակահատվածում հաղորդիչի միջոցով արտանետում օգտագործել:

Մարդկային մտքի հաղթանակը այնպիսի անցողիկ նյութի նկատմամբ, ինչպիսին էլեկտրականությունն է, հեղափոխական դարձավ։

Ցավոք, լիցքաթափում (կոնդենսատորի կողմից առաջացած էլեկտրական հոսանք)այնքան կարճ տեւեց, որ չկարողացավ ուղիղ հոսանք ստեղծել: Բացի այդ, կոնդենսատորի կողմից մատակարարվող լարումը աստիճանաբար նվազում է, ինչը անհնար է դարձնում շարունակական հոսանք ստանալը։

Ես պետք է այլ ճանապարհ փնտրեի:

Առաջին աղբյուր

Իտալացի Գալվանիի «կենդանիների էլեկտրականության» փորձերը բնության մեջ հոսանքի բնական աղբյուր գտնելու օրիգինալ փորձ էին: Հատված գորտերի ոտքերը երկաթե վանդակի մետաղական կեռիկների վրա կախելով՝ նա ուշադրություն է հրավիրել նյարդերի վերջավորությունների բնորոշ ռեակցիայի վրա։

Սակայն մեկ այլ իտալացի՝ Ալեսանդրո Վոլտան, հերքեց Գալվանիի եզրակացությունները։ Հետաքրքրված լինելով կենդանիների օրգանիզմներից էլեկտրաէներգիա ստանալու հնարավորությամբ՝ նա մի շարք փորձեր է անցկացրել գորտերի հետ։ Բայց նրա եզրակացությունը պարզվեց, որ լրիվ հակառակն էր նախորդ վարկածներին։

Վոլտան ուշադրություն է հրավիրել այն փաստի վրա, որ կենդանի օրգանիզմը միայն էլեկտրական լիցքաթափման ցուցիչ է։ Երբ հոսանքն անցնում է, ոտքերի մկանները կծկվում են, ինչը ցույց է տալիս պոտենցիալ տարբերությունը: Էլեկտրական դաշտի աղբյուրը տարբեր մետաղների շփումն էր։ Որքան հեռու են դրանք միմյանցից մի շարք քիմիական տարրերի մեջ, այնքան մեծ է ազդեցությունը:

Տարբեր մետաղների թիթեղները, որոնք դրված են էլեկտրոլիտային լուծույթի մեջ թաթախված թղթե սկավառակներով, երկար ժամանակ ստեղծել են անհրաժեշտ պոտենցիալ տարբերություն։ Եվ թող այն ցածր լինի (1,1 Վ), բայց էլեկտրական հոսանքը կարելի էր երկար ժամանակ ուսումնասիրել: Գլխավորն այն է, որ լարումը նույնքան երկար մնաց անփոփոխ։

Ինչ է կատարվում

Ինչու են «գալվանական բջիջներ» կոչվող աղբյուրները նման ազդեցություն առաջացնում:

Դիէլեկտրիկի մեջ տեղադրված երկու մետաղական էլեկտրոդներ տարբեր դերեր են խաղում: Մեկը էլեկտրոններ է մատակարարում, մյուսը՝ ընդունում։ Ռեդոքսային ռեակցիայի պրոցեսը հանգեցնում է մի էլեկտրոդի վրա էլեկտրոնների ավելցուկի առաջացմանը, որը կոչվում է բացասական բևեռ, իսկ երկրորդում՝ դեֆիցիտի, այն կնշանակենք որպես աղբյուրի դրական բևեռ։

Ամենապարզ գալվանական բջիջներում մի էլեկտրոդի վրա տեղի են ունենում օքսիդատիվ ռեակցիաներ, իսկ մյուսի վրա՝ վերականգնողական ռեակցիաներ։ Էլեկտրոնները էլեկտրոդներին գալիս են շղթայի դրսից: Էլեկտրոլիտը աղբյուրի ներսում իոնների ընթացիկ հաղորդիչն է: Դիմադրության ուժը կարգավորում է գործընթացի տևողությունը։

պղինձ-ցինկ տարր

Գալվանական բջիջների աշխատանքի սկզբունքը հետաքրքիր է դիտարկել՝ օգտագործելով պղինձ-ցինկ գալվանական բջիջի օրինակը, որի գործողությունը պայմանավորված է ցինկի և պղնձի սուլֆատի էներգիայով: Այս աղբյուրում պղնձի ափսեը տեղադրվում է պղնձի սուլֆատի լուծույթի մեջ, իսկ ցինկի էլեկտրոդը ընկղմվում է ցինկի սուլֆատի լուծույթի մեջ: Լուծույթները բաժանվում են ծակոտկեն միջատով, որպեսզի չխառնվեն, բայց պետք է շփվեն:

Եթե շղթան փակ է, ցինկի մակերեսային շերտը օքսիդացված է: Հեղուկի հետ փոխազդեցության ընթացքում լուծույթում հայտնվում են ցինկի ատոմները, վերածվելով իոնների։ Էլեկտրոնները արձակվում են էլեկտրոդի վրա, որոնք կարող են մասնակցել հոսանքի առաջացմանը։

Հասնելով պղնձի էլեկտրոդին՝ էլեկտրոնները մասնակցում են ռեդուկցիոն ռեակցիային։ Սկսածլուծույթ, պղնձի իոնները մտնում են մակերևութային շերտ, վերացման գործընթացում վերածվում են պղնձի ատոմների՝ նստելով պղնձի թիթեղի վրա։

Ամփոփելու համար, թե ինչ է տեղի ունենում. գալվանական բջիջի աշխատանքի գործընթացը ուղեկցվում է էլեկտրոնների տեղափոխմամբ վերականգնող նյութից դեպի օքսիդացնող նյութ շղթայի արտաքին մասի երկայնքով: Երկու էլեկտրոդների վրա էլ տեղի են ունենում ռեակցիաներ։ Իոնային հոսանք է հոսում աղբյուրի ներսում։

Օգտագործման դժվարություն

Սկզբունքորեն, ցանկացած հնարավոր ռեդոքս ռեակցիա կարող է օգտագործվել մարտկոցներում: Բայց տեխնիկապես արժեքավոր տարրերում աշխատելու ունակ նյութերն այնքան էլ շատ չեն։ Ավելին, շատ ռեակցիաներ պահանջում են թանկարժեք նյութեր:

Ժամանակակից մարտկոցներն ավելի պարզ կառուցվածք ունեն։ Մեկ էլեկտրոլիտում տեղադրված երկու էլեկտրոդներ լցնում են անոթը՝ մարտկոցի պատյանը։ Նման դիզայնի առանձնահատկությունները պարզեցնում են կառուցվածքը և նվազեցնում մարտկոցների արժեքը։

Ցանկացած գալվանական բջիջ կարող է արտադրել ուղղակի հոսանք:

Հոսանքի դիմադրությունը թույլ չի տալիս, որ բոլոր իոնները միաժամանակ գտնվեն էլեկտրոդների վրա, ուստի տարրը երկար ժամանակ աշխատում է։ Իոնների առաջացման քիմիական ռեակցիաները վաղ թե ուշ դադարում են, տարրը լիցքաթափվում է։

Կարևոր է ընթացիկ աղբյուրի ներքին դիմադրությունը:

Մի քիչ դիմադրության մասին

Էլեկտրական հոսանքի օգտագործումը, անկասկած, գիտական և տեխնոլոգիական առաջընթացը հասցրեց նոր մակարդակի, հսկա զարկ տվեց նրան։ Բայց հոսանքի հոսքին դիմադրության ուժը խանգարում է նման զարգացմանը։

սահմանելընթացիկ աղբյուրի ներքին դիմադրություն

Մի կողմից էլեկտրական հոսանքն ունի առօրյա կյանքում և տեխնիկայի մեջ օգտագործվող անգնահատելի հատկություններ, մյուս կողմից՝ զգալի հակադրություններ։ Ֆիզիկան, որպես բնության գիտություն, փորձում է հավասարակշռություն հաստատել, համապատասխանեցնել այս հանգամանքները:

Հոսանքի դիմադրությունը առաջանում է էլեկտրական լիցքավորված մասնիկների փոխազդեցության պատճառով այն նյութի հետ, որով նրանք շարժվում են: Անհնար է բացառել այս գործընթացը նորմալ ջերմաստիճանի պայմաններում։

դիմադրություն

Ընթացիկ աղբյուրի ներքին դիմադրությունը և շղթայի արտաքին մասի դիմադրությունը փոքր-ինչ տարբեր բնույթ ունեն, բայց այս գործընթացներում նույնն է լիցքը տեղափոխելու աշխատանքը:

Աշխատանքն ինքնին կախված է միայն աղբյուրի հատկություններից և դրա պարունակությունից՝ էլեկտրոդների և էլեկտրոլիտի որակից, ինչպես նաև շղթայի արտաքին մասերից, որոնց դիմադրությունը կախված է երկրաչափական պարամետրերից և քիմիական նյութի բնութագրերը. Օրինակ, մետաղալարի դիմադրությունը մեծանում է նրա երկարության մեծացման հետ և նվազում է խաչմերուկի տարածքի ընդլայնմամբ: Դիմադրությունը նվազեցնելու խնդիրը լուծելիս ֆիզիկան խորհուրդ է տալիս օգտագործել մասնագիտացված նյութեր։

Աշխատանքի ընթացիկ

Ջուլ-Լենցի օրենքի համաձայն՝ հաղորդիչներում թողարկվող ջերմության քանակը համաչափ է դիմադրությանը։ Եթե ջերմության քանակությունը նշանակենք Q_{int., հոսանքի I ուժգնությունը, նրա հոսքի ժամանակը t, ապա կստանանք՝}

Q_int=I^{2 ·} ^{r t,}

որտեղ r-ն աղբյուրի ներքին դիմադրությունն էընթացիկ.

Ամբողջ շղթայում, ներառյալ նրա ներքին և արտաքին մասերը, կթողարկվի ջերմության ընդհանուր քանակությունը, որի բանաձևն է.

Q_լրիվ=I^{2 ·} r t + I ² R t=I² ^{(r +R) t,}

Հայտնի է, թե ինչպես է դիմադրությունը նշվում ֆիզիկայում. արտաքին շղթան (բոլոր տարրերը բացառությամբ աղբյուրի) ունի դիմադրություն R։

Օհմի օրենք ամբողջական միացման համար

Հաշվի առեք, որ հիմնական աշխատանքը կատարում են արտաքին ուժերը ընթացիկ աղբյուրի ներսում։ Դրա արժեքը հավասար է դաշտի կրած լիցքի և աղբյուրի էլեկտրաշարժիչ ուժի արտադրյալին.

q E=I² ^{(r + R) t.}

հասկանալով, որ լիցքը հավասար է ընթացիկ ուժի և դրա հոսքի ժամանակի արտադրյալին, մենք ունենք՝

E=I (r + R)

Համաձայն պատճառահետևանքային հարաբերությունների՝ Օհմի օրենքը ունի ձև՝

I=E: (r + R)

Հոսանքը փակ շղթայում ուղիղ համեմատական է հոսանքի աղբյուրի EMF-ին և հակադարձ համեմատական շղթայի ընդհանուր (ընդհանուր) դիմադրությանը:

Այս օրինաչափության հիման վրա հնարավոր է որոշել ընթացիկ աղբյուրի ներքին դիմադրությունը։

Աղբյուրի լիցքաթափման հզորություն

Լիցքաթափման հզորությունը կարող է վերագրվել նաև աղբյուրների հիմնական բնութագրերին: Էլեկտրաէներգիայի առավելագույն քանակը, որը կարելի է ստանալ որոշակի պայմաններում աշխատելիս, կախված է լիցքաթափման հոսանքի ուժգնությունից:

Իդեալական դեպքում, երբ կատարվում են որոշակի մոտարկումներ, լիցքաթափման հզորությունը կարելի է համարել հաստատուն:

KՕրինակ, 1,5 Վ պոտենցիալ տարբերությամբ ստանդարտ մարտկոցն ունի 0,5 Ահ լիցքաթափման հզորություն: Եթե լիցքաթափման հոսանքը 100 մԱ է, ապա այն աշխատում է 5 ժամ։

Մարտկոցների լիցքավորման եղանակներ

Մարտկոցների շահագործումը հանգեցնում է դրանց լիցքաթափման։ Մարտկոցների վերականգնումը, փոքր բջիջների լիցքավորումն իրականացվում է հոսանքի միջոցով, որի ուժի արժեքը չի գերազանցում աղբյուրի հզորության մեկ տասներորդը։

Հասանելի են լիցքավորման հետևյալ մեթոդները՝

օգտագործելով հաստատուն հոսանք որոշակի ժամանակի համար (մոտ 16 ժամ ընթացիկ 0,1 մարտկոցի հզորություն);
լիցքավորում նվազող հոսանքով մինչև կանխորոշված պոտենցիալ տարբերության արժեք;
չհավասարակշռված հոսանքների օգտագործում;
լիցքավորման և լիցքաթափման կարճ իմպուլսների հաջորդական կիրառում, որոնցում առաջինի ժամանակը գերազանցում է երկրորդի ժամանակը:

Գործնական աշխատանք

Առաջարկվում է առաջադրանք՝ որոշել ընթացիկ աղբյուրի և EMF-ի ներքին դիմադրությունը։

Այն իրականացնելու համար անհրաժեշտ է համալրել հոսանքի աղբյուր, ամպաչափ, վոլտմետր, սահող ռեոստատ, բանալի, հաղորդիչների մի շարք:

Օգտագործելով Օհմի օրենքը փակ շղթայի համար կորոշվի ընթացիկ աղբյուրի ներքին դիմադրությունը: Դա անելու համար դուք պետք է իմանաք դրա EMF-ը, ռեոստատի դիմադրության արժեքը:

Շղթայի արտաքին մասում ընթացիկ դիմադրության հաշվարկման բանաձևը կարող է որոշվել Օհմի օրենքից միացման հատվածի համար.

I=U: R,

որտեղ I-ն շղթայի արտաքին մասի ընթացիկ ուժն է՝ չափված ամպաչափով; U - արտաքին լարման վրադիմադրություն.

Ճշգրտությունը բարելավելու համար չափումները կատարվում են առնվազն 5 անգամ: Ինչի համար է դա? Փորձի ընթացքում չափված լարումը, դիմադրությունը, հոսանքը (ավելի ճիշտ՝ հոսանքի ուժգնությունը) օգտագործվում են ստորև։

Ընթացիկ աղբյուրի EMF-ն որոշելու համար մենք օգտագործում ենք այն փաստը, որ լարումը նրա տերմինալներում բաց բանալին գրեթե հավասար է EMF-ին:

Եկեք հավաքենք շղթա մարտկոցից, ռեոստատից, ամպաչափից, հաջորդական միացված բանալինից: Մենք միացնում ենք վոլտմետր ընթացիկ աղբյուրի տերմինալներին: Բացելով բանալին՝ վերցնում ենք դրա ընթերցումները։

Ներքին դիմադրությունը, որի բանաձևը ստացվել է Օհմի օրենքից ամբողջական շղթայի համար, որոշվում է մաթեմատիկական հաշվարկներով.

I=E: (r + R).
r=E: I – U: I.

Չափումները ցույց են տալիս, որ ներքին դիմադրությունը շատ ավելի քիչ է, քան արտաքինը:

Լիցքավորվող մարտկոցների և մարտկոցների գործնական ֆունկցիան լայնորեն կիրառվում է։ Էլեկտրաշարժիչների անվիճելի բնապահպանական անվտանգությունը կասկածից վեր է, սակայն տարողունակ, էրգոնոմիկ մարտկոցի ստեղծումը ժամանակակից ֆիզիկայի խնդիրն է: Դրա լուծումը կհանգեցնի ավտոմոբիլային տեխնոլոգիաների զարգացման նոր փուլի։

Փոքր, թեթև, բարձր հզորությամբ մարտկոցները նույնպես կարևոր են շարժական էլեկտրոնային սարքերում: Դրանցում օգտագործվող էներգիայի քանակն ուղղակիորեն կապված է սարքերի աշխատանքի հետ։