جریان الکتریکی ثابت. EMF منبع جریان و مقاومت داخلی منبع جریان. مقاومت داخلی منبع جریان. مقاومت - فرمول

در عصر برق، احتمالاً چنین شخصی وجود ندارد که از وجود جریان الکتریکی خبر نداشته باشد. اما افراد کمی از یک درس فیزیک مدرسه بیشتر از نام کمیت ها به یاد می آورند: قدرت جریان، ولتاژ، مقاومت، قانون اهم. و تنها تعداد کمی از آنها به یاد می آورند که معنی این کلمات چیست.

در این مقاله به نحوه ایجاد جریان الکتریکی، نحوه انتقال آن از طریق مدار و نحوه استفاده از این کمیت در محاسبات می پردازیم. اما قبل از اینکه به قسمت اصلی بپردازیم، اجازه دهید به تاریخچه کشف جریان الکتریکی و منابع آن و همچنین تعریف نیروی محرکه الکتریکی بپردازیم.

داستان

الکتریسیته به عنوان منبع انرژی از زمان های قدیم شناخته شده است، زیرا خود طبیعت آن را در حجم عظیمی تولید می کند. یک مثال قابل توجه رعد و برق یا یک رمپ الکتریکی است. با وجود چنین نزدیکی به انسان، تنها در اواسط قرن هفدهم بود که این انرژی مهار شد: اتو فون گوریکه، استاد شهر ماگدبورگ، ماشینی را ایجاد کرد که امکان تولید بار الکترواستاتیکی را فراهم می کند. در اواسط قرن هجدهم، پیتر فون موشنبروک، دانشمند هلندی، اولین خازن الکتریکی جهان را به افتخار دانشگاهی که در آن کار می کرد، شیشه لیدن نامگذاری کرد.

شاید مرسوم باشد که شمارش معکوس عصر اکتشافات واقعی اختصاص داده شده به برق را با آثار لوئیجی گالوانی و الساندرو ولتا آغاز کنیم که به ترتیب جریان های الکتریکی در عضلات و وقوع جریان در سلول های به اصطلاح گالوانیکی را مطالعه کردند. تحقیقات بیشتر چشمان ما را به ارتباط بین الکتریسیته و مغناطیس و همچنین چندین پدیده بسیار مفید (مانند القای الکترومغناطیسی) باز کرد که بدون آنها تصور زندگی امروز ما غیرممکن است.

اما ما به پدیده های مغناطیسی نخواهیم پرداخت و فقط بر روی پدیده های الکتریکی تمرکز خواهیم کرد. بنابراین، بیایید ببینیم که الکتریسیته چگونه در سلول‌های گالوانیکی ایجاد می‌شود و در مورد آن چیست.

سلول گالوانیکی چیست؟

می توان گفت که به دلیل واکنش های شیمیایی بین اجزای آن الکتریسیته تولید می کند. ساده ترین سلول گالوانیکی توسط الساندرو ولتا اختراع شد و نام او را ستون ولتایی گذاشت. این شامل چندین لایه است که بین خود متناوب هستند: یک صفحه مسی، یک واشر رسانا (در نسخه خانگی از پشم پنبه آغشته به آب نمک استفاده می شود) و یک صفحه روی.

چه واکنش هایی در آن رخ می دهد؟

اجازه دهید فرآیندهایی را که به ما امکان می دهد با استفاده از سلول گالوانیکی الکتریسیته به دست آوریم، با جزئیات بیشتری در نظر بگیریم. تنها دو چنین تبدیل وجود دارد: اکسیداسیون و کاهش. هنگامی که یک عنصر، عامل کاهنده، اکسید می شود، الکترون ها را به عنصر دیگر، یعنی عامل اکسید کننده می دهد. عامل اکسید کننده نیز به نوبه خود با پذیرش الکترون ها کاهش می یابد. بنابراین، حرکت ذرات باردار از یک صفحه به صفحه دیگر وجود دارد، و همانطور که می دانید، جریان الکتریکی نامیده می شود.

و حالا بیایید به موضوع اصلی این مقاله برویم - EMF منبع فعلی. و برای شروع، بیایید در نظر بگیریم که این نیروی الکتروموتور (EMF) چیست.

EDS چیست؟

این مقدار را می توان به عنوان کار نیروها (یعنی "کار") که هنگام حرکت بار در امتداد یک مدار الکتریکی بسته انجام می شود نشان داد. اغلب آنها همچنین توضیح می دهند که اتهام لزوما باید مثبت و وحدت باشد. و این یک افزوده قابل توجه است، زیرا تنها تحت این شرایط می توان نیروی الکتروموتور را یک مقدار دقیق قابل اندازه گیری در نظر گرفت. به هر حال، در واحدهای مشابه ولتاژ اندازه گیری می شود: در ولت (V).

منبع جریان EMF

همانطور که می دانید، هر باتری یا باتری مقدار مقاومت خاص خود را دارد که قادر به ارائه آن است. این مقدار، EMF منبع جریان، نشان می دهد که چقدر کار توسط نیروهای خارجی برای جابجایی شارژ در طول مداری که باتری یا آکومولاتور در آن قرار دارد انجام می شود.

همچنین لازم است مشخص شود که منبع چه نوع جریانی را تولید می کند: مستقیم، متناوب یا پالسی. سلول های گالوانیکی، از جمله انباشته ها و باتری ها، همیشه فقط جریان الکتریکی مستقیم تولید می کنند. EMF منبع جریان در این حالت از نظر مقدار مطلق برابر با ولتاژ خروجی در کنتاکت های منبع خواهد بود.

اکنون زمان آن است که بفهمیم چرا اصلاً به مقداری مانند EMF نیاز است، چگونه از آن در محاسبه مقادیر دیگر مدار الکتریکی استفاده کنیم.

فرمول EMF

قبلاً متوجه شده ایم که EMF منبع جریان برابر با کار نیروهای خارجی برای حرکت بار است. برای وضوح بیشتر، تصمیم گرفتیم فرمول این کمیت را بنویسیم: E=A نیروهای خارجی /q، که A کار است، و q باری است که کار بر روی آن انجام شده است. توجه داشته باشید که شارژ کل گرفته می شود، نه شارژ واحد. این کار به این دلیل انجام می شود که ما کار نیروها را برای جابجایی تمام بارها در هادی در نظر می گیریم. و این نسبت کار به شارژ همیشه برای یک منبع معین ثابت خواهد بود، زیرا مهم نیست که چند ذره باردار مصرف کنید، مقدار کار مشخص برای هر یک از آنها یکسان خواهد بود.

همانطور که می بینید، فرمول نیروی الکتروموتور چندان پیچیده نیست و تنها از دو کمیت تشکیل شده است. وقت آن رسیده است که به یکی از سوالات اصلی ناشی از این مقاله بپردازیم.

چرا EDS مورد نیاز است؟

قبلاً گفته شد که EMF و ولتاژ در واقع همان مقادیر هستند. اگر مقادیر EMF و مقاومت داخلی منبع جریان را بدانیم، جایگزین کردن آنها در قانون اهم برای یک مدار کامل دشوار نخواهد بود، که به نظر می رسد: I \u003d e / (R + r)، جایی که I قدرت جریان است، e EMF، R - مقاومت مدار، r - مقاومت داخلی منبع جریان است. از اینجا می توانیم دو ویژگی مدار پیدا کنیم: I و R. لازم به ذکر است که همه این آرگومان ها و فرمول ها فقط برای مدار DC معتبر هستند. در مورد یک متغیر، فرمول ها کاملاً متفاوت خواهد بود، زیرا از قوانین نوسانی خود تبعیت می کند.

اما هنوز مشخص نیست که EMF منبع فعلی چه کاربردی دارد. در یک مدار، به عنوان یک قاعده، عناصر زیادی وجود دارد که عملکرد خود را انجام می دهند. هر تلفنی یک برد دارد که آن هم چیزی جز یک مدار الکتریکی نیست. و هر مداری برای کار کردن به یک منبع جریان نیاز دارد. و بسیار مهم است که EMF آن از نظر پارامتر برای تمام عناصر مدار مناسب باشد. در غیر این صورت مدار یا از کار می افتد یا به دلیل ولتاژ بالای داخل آن می سوزد.

نتیجه

ما فکر می کنیم این مقاله برای بسیاری مفید بود. در واقع، در دنیای مدرن بسیار مهم است که تا حد امکان درباره آنچه که ما را احاطه کرده است بدانیم. از جمله دانش ضروری در مورد ماهیت جریان الکتریکی و رفتار آن در داخل مدارها. و اگر فکر می کنید که چیزی به عنوان یک مدار الکتریکی فقط در آزمایشگاه ها استفاده می شود و از آن دور هستید، سخت در اشتباهید: همه دستگاه هایی که برق مصرف می کنند در واقع از مدار تشکیل شده اند. و هر یک از آنها منبع فعلی خود را دارد که یک EMF ایجاد می کند.

بیایید سعی کنیم با یک مثال خاص این مشکل را حل کنیم. نیروی الکتروموتور منبع تغذیه 4.5 ولت است. باری به آن وصل شده و جریانی معادل 0.26 A از آن عبور کرده است. ولتاژ در همان زمان برابر با 3.7 ولت شده است. اول از همه تصور کنید که یک مدار سری یک منبع ولتاژ ایده آل 4.5 ولت که مقاومت داخلی آن صفر است و همچنین یک مقاومت که مقدار آن را باید پیدا کرد. واضح است که در واقع چنین نیست، اما برای محاسبات، قیاس انجام خواهد شد.

2 مرحله

به یاد داشته باشید که حرف U فقط نشان دهنده ولتاژ تحت بار است. برای تعیین نیروی الکتروموتور، حرف دیگری رزرو شده است - E. اندازه گیری کاملاً دقیق غیرممکن است، زیرا یک ولت متر با مقاومت ورودی نامحدود مورد نیاز است. حتی با یک ولت متر الکترواستاتیک (الکترومتر)، بزرگ است، اما بی نهایت نیست. اما یک چیز کاملاً دقیق است و دیگری با دقت قابل قبول در عمل. مورد دوم کاملاً امکان پذیر است: فقط لازم است که مقاومت داخلی منبع در مقایسه با مقاومت داخلی ولت متر ناچیز باشد. در ضمن، نکته اصلی این است که بیایید تفاوت بین EMF منبع و ولتاژ آن را تحت باری که جریان 260 میلی آمپر مصرف می کند محاسبه کنیم. E-U = 4.5-3.7 = 0.8. این افت ولتاژ در آن "مقاومت مجازی" خواهد بود.

3 مرحله

خب، پس همه چیز ساده است، زیرا قانون کلاسیک اهم وارد عمل می شود. به یاد داشته باشید که جریان عبوری از بار و "مقاومت مجازی" یکسان است، زیرا آنها به صورت سری متصل هستند. افت ولتاژ در دومی (0.8 ولت) بر قدرت جریان (0.26 A) تقسیم می شود و 3.08 اهم می گیریم. جواب اینجاست! همچنین می توانید محاسبه کنید که چه مقدار نیرو در بار تلف شده است و چه مقدار در منبع بی فایده است. پراکنده در بار: 3.7 * 0.26 \u003d 0.962 وات. در منبع: 0.8 * 0.26 \u003d 0.208 W. درصد بین آنها را خودتان محاسبه کنید. اما این تنها نوع مشکل برای یافتن مقاومت داخلی منبع نیست. مواردی نیز وجود دارد که در آنها مقاومت بار به جای قدرت فعلی نشان داده شده است و بقیه داده های اولیه یکسان هستند. سپس ابتدا باید یک محاسبه دیگر انجام دهیم. ولتاژ تحت بار (نه EMF!) داده شده در شرایط را بر مقاومت بار تقسیم کنید. و جریان مدار را دریافت کنید. پس از آن، همانطور که فیزیکدانان می گویند، "مشکل به مشکل قبلی کاهش می یابد"! سعی کنید چنین مشکلی ایجاد کنید و آن را حل کنید.

جریان الکتریکی در یک هادی تحت تأثیر میدان الکتریکی ایجاد می شود که باعث می شود ذرات باردار آزاد به حرکت جهت دار وارد شوند. ایجاد جریان ذره ای یک مشکل جدی است. ساختن چنین دستگاهی که اختلاف پتانسیل میدان را برای مدت طولانی در یک حالت حفظ کند، کاری است که حل آن فقط تا پایان قرن هجدهم در توان بشر بود.

اولین تلاش ها

اولین تلاش ها برای "انباشته شدن 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 ساختند که بعدها "کوزه لیدن" نامیده شد.

تجمع بار الکتریکی قبلاً تحت عمل اصطکاک مکانیکی صورت گرفته است. امکان استفاده از تخلیه از طریق هادی برای مدت زمان معین و نسبتاً کوتاه 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 داده شده توسط خازن به تدریج کاهش می یابد، که به دست آوردن جریان پیوسته را غیرممکن می کند.

باید دنبال راه دیگری بود.

منبع اول

آزمایش‌های گالوانی ایتالیایی بر روی مطالعه "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، یافته های 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 توجه خود را به این واقعیت جلب کرد که یک موجود زنده فقط نشانگر تخلیه الکتریکی است. هنگامی که جریان عبور می کند، ماهیچه های پا منقبض می شوند که نشان دهنده اختلاف پتانسیل است. منبع میدان الکتریکی تماس فلزات غیرمشابه بود. هر چه آنها در یک سری عناصر شیمیایی از هم دورتر باشند، تأثیر بیشتری دارند.

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 بگذارید کم باشد (1.1 ولت)، اما جریان الکتریکی را می توان برای مدت طولانی بررسی کرد. نکته اصلی این است که تنش برای مدت طولانی بدون تغییر باقی ماند.

چه اتفاقی می افتد

چرا چنین تأثیری در منابعی به نام «سلول های گالوانیک» ایجاد می شود؟

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 به آن قطب منفی می گویند و کمبود در الکترود دوم آن را قطب مثبت منبع می گوییم.

در ساده‌ترین سلول‌های گالوانیکی، واکنش‌های اکسیداتیو روی یک الکترود و واکنش‌های کاهش روی الکترود دیگر رخ می‌دهد. الکترون ها از بیرون مدار به الکترودها می آیند. الکترولیت هادی جریان یون های داخل منبع است. نیروی مقاومت بر مدت زمان فرآیند حاکم است.

عنصر روی مس

جالب است که اصل عملکرد سلول های گالوانیکی را با استفاده از مثال سلول گالوانیکی مس-روی در نظر بگیریم که عملکرد آن به دلیل انرژی روی و سولفات مس است. 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 شده اند، در محلول ظاهر می شوند. الکترون ها در الکترود آزاد می شوند که می توانند در تولید جریان شرکت کنند.

با رسیدن به الکترود مس، الکترون ها در واکنش کاهش شرکت می کنند. از محلول، یون‌های مس وارد لایه سطحی می‌شوند؛ در فرآیند احیا، به اتم‌های مس تبدیل می‌شوند و روی صفحه مسی رسوب می‌کنند.

به طور خلاصه آنچه اتفاق می افتد: فرآیند عملکرد یک سلول گالوانیکی با انتقال الکترون ها از عامل کاهنده به عامل اکسید کننده در امتداد قسمت بیرونی مدار همراه است. واکنش ها روی هر دو الکترود انجام می شود. جریان یونی در داخل منبع جریان دارد.

مشکلات 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 کند - جعبه باتری. چنین ویژگی های طراحی ساختار را ساده می کند و هزینه باتری ها را کاهش می دهد.

هر سلول گالوانیکی قادر به ایجاد جریان مستقیم است.

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

منبع جریان از اهمیت بالایی برخوردار است.

چند کلمه در مورد مقاومت

استفاده از جریان الکتریکی بدون شک پیشرفت علمی و فناوری را به سطح جدیدی رساند و به آن رونق عظیمی 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، مخالفت های قابل توجهی وجود دارد. فیزیک، به عنوان یک علم طبیعت، سعی می کند تعادلی برقرار کند، تا این شرایط را هماهنگ کند.

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

کار جاری

طبق قانون ژول-لنز، مقدار گرمای آزاد شده در هادی ها متناسب با مقاومت است. اگر مقدار گرما Q ext را نشان دهید. ، قدرت جریان I، زمان جریان آن t، سپس به دست می آوریم:

• Q int. = من 2 r t،

جایی که r مقاومت داخلی منبع جریان است.

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

• Q مجموع \u003d I 2 r t + I 2 R t \u003d I 2 (r + R) t،

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

قانون اهم برای یک مدار کامل

ما در نظر می گیریم که کار اصلی توسط نیروهای خارجی در داخل منبع جریان انجام می شود. مقدار آن برابر است با حاصل ضرب بار حمل 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، با EMF منبع جریان نسبت مستقیم و با مقاومت کل (کل) مدار نسبت معکوس دارد.

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

ظرفیت تخلیه منبع

ظرفیت تخلیه را می توان به ویژگی های اصلی منابع نیز نسبت داد. حداکثر مقدار الکتریسیته بدست آمده در حین کار تحت شرایط خاص به قدرت جریان تخلیه بستگی دارد.

در حالت ایده آل، هنگامی 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 ها باعث تخلیه آنها می شود. شارژ عناصر با اندازه کوچک با استفاده از جریانی انجام می شود که مقدار قدرت آن از یک دهم ظرفیت منبع تجاوز نمی کند.

روش های شارژ زیر ارائه می شود:

• استفاده از جریان ثابت برای مدت زمان مشخص (حدود 16 ساعت با جریان 0.1 ظرفیت باتری).
• شارژ کردن با یک جریان کاهنده تا مقدار معین اختلاف پتانسیل؛
• 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

وظیفه پیشنهاد شده است: تعیین مقاومت داخلی منبع جریان و EMF.

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

استفاده، مقاومت داخلی منبع فعلی را تعیین می کند. برای انجام این کار، باید EMF آن، مقدار مقاومت رئوستات را بدانید.

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

• I=U:R،

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

برای بهبود دقت، اندازه گیری ها حداقل 5 بار انجام می شود. این برای چیست؟ ولتاژ، مقاومت، جریان (به طور دقیق تر، قدرت جریان) اندازه گیری شده در طول آزمایش بیشتر استفاده می شود.

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

ما یک مدار را از یک باتری، یک رئوستات، یک آمپرمتر، یک کلید متصل به صورت سری جمع می 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 بدست 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 بسیار 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 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 از این رو جریان، لازم است نیروهای خارجی با ماهیت غیر الکتریکی وجود داشته باشد که با کمک آنها جداسازی بارهای الکتریکی اتفاق می افتد.

نیروهای شخص ثالثهر نیرویی که بر ذرات باردار الکتریکی در یک مدار وارد می شود، به استثنای الکترواستاتیک (به عنوان مثال، کولن) نامیده می شود.

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

هنگامی که 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 فعلی، در فرآیند کار برای جداسازی ذرات باردار، انواع مختلف انرژی به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شوند. با توجه به نوع انرژی تبدیل شده، انواع نیروی الکتروموتور زیر متمایز می شوند:

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

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

- فتوولتائیک- در فتوسل در اینجا، انرژی نور به انرژی الکتریکی تبدیل می شود: هنگامی که برخی از مواد 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 منابع فعلی مفهوم EMF توسط G. Ohm در سال 1827 برای مدارهای DC 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 \u003d A st / q,

جایی که ɛ - EMF منبع فعلی، یک خیابان- کار نیروهای خارجی، qمقدار شارژ منتقل شده است.

نیروی محرکه الکتریکی بر حسب ولت بیان می شود.

ما می توانیم در مورد نیروی محرکه الکتریکی در هر بخشی از مدار صحبت کنیم. این کار خاص نیروهای خارجی (کار حرکت یک بار واحد) نه در کل مدار، بلکه فقط در این ناحیه 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 منبع نشان دهنده مقداری مقاومت در برابر جریان است. نامیده می شود مقاومت داخلی منبع فعلیو با حرف مشخص شده است 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 موم). بنابراین برای دریافت جریان های بالا نامناسب هستند. در سلول های گالوانیکی، EMF تقریباً 1 ولت است، اما مقاومت داخلی نیز کوچک است (تقریباً 1 اهم یا کمتر). این به آنها اجازه می دهد تا جریان های اندازه گیری شده در آمپر را دریافت کنند.

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

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

جریان الکتریکی عبوری از لامپ نیز از خود منبع جریان 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 لامپ متصل به 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 صورت مشروط تعیین شوند. I - ، R - مقاومت خارجی، r - مقاومت داخلی. هنگامی که جریانی از مدار الکتریکی عبور می کند، برای حفظ آن باید بین انتهای مدار خارجی اختلاف پتانسیل وجود داشته باشد که مقدار IxR دارد. 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 لازم است. مقدار این اختلاف پتانسیل برابر با Iхr است.

نیروی الکتروموتور باتری

باتری باید مقدار نیروی الکتروموتور زیر را داشته باشد که بتواند جریان مورد نیاز را در مدار حفظ کند: E \u003d IxR + Ixr. از فرمول می توان دریافت که نیروی الکتروموتور باتری مجموع نیروی خارجی و داخلی است. مقدار فعلی باید از پرانتز خارج شود: E \u003d 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.