Bir voltaj kaynağının iç direnci nasıl bulunur? Radyo iletişimi

Çalışmanın amacı: bir ampermetre ve bir voltmetre kullanarak bir akım kaynağının EMF'sini ve iç direncini ölçme yöntemini incelemek.

Teçhizat: metal tablet, akım kaynağı, ampermetre, voltmetre, direnç, anahtar, kıskaçlar, bağlantı telleri.

EMF'yi ve akım kaynağının iç direncini ölçmek için, devresi Şekil 1'de gösterilen bir elektrik devresi monte edilir.

Akım kaynağına seri bağlı bir ampermetre, direnç ve anahtar bağlanır. Ayrıca doğrudan kaynağın çıkış soketlerine bir voltmetre de bağlanır.

EMF, anahtar açıkken voltmetrenin okumasıyla ölçülür. EMF'yi belirlemeye yönelik bu teknik, Ohm yasasının sonucuna dayanmaktadır. komple zincir, buna göre, dış devrenin sonsuz büyük direnci ile kaynak terminallerindeki voltaj EMF'sine eşittir. ("Fizik 10" ders kitabının "Tam devre için Ohm yasası" paragrafına bakın).

Kaynağın iç direncini belirlemek için, K anahtarı kapatılır.Bu durumda, devrede şartlı olarak iki bölüm ayırt edilebilir: harici (kaynağa bağlı olan) ve dahili (mevcut kaynağın içinde olan). Kaynağın EMF'si, devrenin iç ve dış bölümlerindeki voltaj düşüşünün toplamına eşit olduğundan:

ε = senR+UR, OsenR = ε -UR (1)

Ohm yasasına göre zincir bölümü için U r = I · r(2). (2) eşitliğini (1) yerine koyarak şunu elde ederiz:

BEN· R = ε - senR , nereden r = (ε - senR)/ J

Bu nedenle bilmek için iç direnç akım kaynağı, önce EMF'sini belirlemeli, ardından anahtarı kapatmalı ve içindeki akımın yanı sıra harici direnç üzerindeki voltaj düşüşünü ölçmelisiniz.

İlerlemek

1. Ölçümlerin ve hesaplamaların sonuçlarını kaydetmek için bir tablo hazırlayın:

Kaynağın EMF'sini ve iç direncini ölçmek için not defterinize bir diyagram çizin.

Devreyi kontrol ettikten sonra elektrik devresini kurunuz. Anahtarı aç.

Kaynağın EMF değerini ölçün.

Anahtarı kapatın ve ampermetre ve voltmetre okumalarını okuyun.

Kaynağın iç direncini hesaplayınız.

1. Bir akım kaynağının emk ve iç direncinin grafik yöntemle belirlenmesi

Çalışmanın amacı: kaynağın çıkışındaki voltajın devredeki akım gücüne bağımlılığı grafiğinin analizine dayanarak, akım kaynağının EMF, iç direnci ve kısa devre akımı ölçümlerini incelemek.

Teçhizat: galvanik hücre, ampermetre, voltmetre, direnç R 1 , değişken direnç, anahtar, kelepçeler, metal plaka, bağlantı telleri.

Tam bir devre için Ohm yasasından, akım kaynağının çıkışındaki voltajın devredeki akım gücüyle doğru orantılı olarak bağlı olduğu sonucu çıkar:

I \u003d E / (R + r) olduğundan, IR + Ir \u003d E, ancak IR \u003d U, dolayısıyla U + Ir \u003d E veya U \u003d E - Ir (1).

U'nun I'ye bağımlılığının bir grafiğini oluşturursanız, koordinat eksenleriyle kesişme noktalarına göre E, I K.Z'yi belirleyebilirsiniz. - akım gücü kısa devre(harici direnç R sıfır olduğunda kaynak devresinde akacak akım).

EMF, grafiğin stres ekseni ile kesişme noktası tarafından belirlenir. Grafiğin bu noktası, içinde akım olmayan devrenin durumuna ve dolayısıyla U = E'ye karşılık gelir.

Kısa devre akımının gücü, grafiğin akım ekseni ile kesişme noktası ile belirlenir. Bu durumda, harici direnç R = 0 ve sonuç olarak, kaynağın çıkışındaki voltaj U = 0'dır.

Kaynağın iç direnci, mevcut eksene göre grafiğin eğiminin teğeti ile bulunur. (Formül (1)'i Y = AX + B biçimindeki matematiksel bir fonksiyonla karşılaştırın ve X'teki katsayının anlamını hatırlayın).

İlerlemek

Ölçüm sonuçlarını kaydetmek için bir tablo hazırlayın:

1. Devreyi öğretmen tarafından kontrol ettikten sonra elektrik devresini kurunuz. Değişken direnç sürgüsünü, akım kaynağına bağlı devrenin direncinin maksimum olacağı konuma getirin.

Devredeki akımın değerini ve değişken direncin maksimum direnç değerinde kaynak terminallerindeki voltajı belirleyin. Ölçüm verilerini tabloya girin.

Akım ve gerilim ölçümlerini her defasında değeri azaltarak birkaç kez tekrarlayın. değişken direnç böylece kaynak terminallerindeki voltaj 0,1V azalır. Devredeki akım 1A'ya ulaştığında ölçümü durdurun.

Deneyde elde edilen noktaları grafik üzerinde çiziniz. Dikey eksende voltajı ve yatay eksende akımı çizin. Noktalardan düz bir çizgi çizin.

Grafiği koordinat eksenleriyle kesişime kadar devam ettirin ve E ve I K.Z değerlerini belirleyin.

Harici devre açıkken terminallerine bir voltmetre bağlayarak kaynağın EMF'sini ölçün. İki yöntemle elde edilen EMF değerlerini karşılaştırın ve sonuçlar arasındaki olası tutarsızlığın nedenini belirtin.

Akım kaynağının iç direncini belirleyin. Bunu yapmak için, oluşturulan grafiğin eğiminin geçerli eksene teğetini hesaplayın. Bir dik üçgende bir açının tanjantı, karşı bacağın bitişik olana oranına eşit olduğundan, bu pratik olarak E / I K.Z oranını bularak yapılabilir.

Basit bir elektrik olduğunu varsayalım kapalı devre jeneratör, galvanik hücre veya pil gibi bir akım kaynağı ve R direncine sahip bir direnç içerir. Devredeki akım hiçbir yerde kesilmediği için kaynağın içinde de akar.

Böyle bir durumda, herhangi bir kaynağın akımı engelleyen bir iç direnci olduğunu söyleyebiliriz. Bu iç direnç, akım kaynağını karakterize eder ve r harfi ile gösterilir. Her iki pil için de iç direnç, elektrolit çözeltisinin ve elektrotların direncidir; bir jeneratör için, stator sargılarının direnci vb.

Bu nedenle, mevcut kaynak hem EMF'nin değeri hem de kendi iç direncinin değeri r ile karakterize edilir - bu özelliklerin her ikisi de kaynağın kalitesini gösterir.

Örneğin, elektrostatik yüksek voltaj jeneratörleri (Van de Graaff jeneratörü veya Wimshurst jeneratörü gibi), milyonlarca volt olarak ölçülen devasa bir EMF'ye sahipken, iç dirençleri yüzlerce megaohm olarak ölçülür, bu nedenle büyük akımlar üretmek için uygun değildirler.

Galvanik hücreler (bir pil gibi) - aksine - 1 voltluk bir EMF'ye sahiptir, ancak iç dirençleri kesirler düzeyinde veya maksimum on ohm'dur ve bu nedenle galvanik hücrelerden birim akımlar ve onlarca amper elde edilebilir.

Bu şema, bağlı bir yük ile gerçek bir kaynağı göstermektedir. Burada, iç direncinin yanı sıra yük direnci de belirtilmiştir. Buna göre, bu devredeki akım şuna eşit olacaktır:

Dış devrenin kesiti homojen olduğundan, Ohm yasasından yük boyunca voltajı bulabilirsiniz:

İlk denklemden yük direncini ifade ettikten ve değerini ikinci denklemde değiştirerek, kapalı bir devrede yük üzerindeki voltajın akım üzerindeki bağımlılığını elde ederiz:

Kapalı bir devrede, EMF, harici devrenin elemanları üzerindeki voltaj düşüşlerinin toplamına ve kaynağın kendisinin iç direncine eşittir. Yük voltajının yük akımına bağımlılığı ideal olarak doğrusaldır.

Grafik bunu gösteriyor, ancak gerçek bir direnç üzerindeki deneysel veriler (grafiğe yakın kesişiyor) her zaman ideal olandan farklı:

Deneyler ve mantık, sıfır yük akımında, dış devredeki voltajın kaynağın EMF'sine eşit olduğunu ve yükte sıfır voltajda devredeki akımın olduğunu göstermektedir. Gerçek devrelerin bu özelliği, gerçek kaynakların EMF'sini ve iç direncini deneysel olarak bulmaya yardımcı olur.

İç direncin deneysel olarak bulunması

Bu özellikleri deneysel olarak belirlemek için, yük geriliminin akıma karşı bir grafiğini oluşturun, ardından bunu eksenlerle kesişme noktasına göre tahmin edin.

Grafiğin voltaj ekseni ile kesişme noktasında kaynağın EMF'sinin değeri ve akım ekseni ile kesişme noktasında kısa devre akımının büyüklüğü bulunur. Sonuç olarak, iç direnç aşağıdaki formülle bulunur:

Kaynak tarafından geliştirildi faydalı güç yükte serbest bırakıldı. Bu gücün yük direncine bağımlılığının bir grafiği şekilde gösterilmiştir. Bu eğri, sıfır noktasındaki koordinat eksenlerinin kesişme noktasından başlar ve ardından maksimum değer güç, bundan sonra yük direnci sonsuza eşit olduğunda sıfıra düşer.

Belirli bir kaynak için maksimum gücün teorik olarak geliştiği maksimum yük direncini bulmak için, güç formülünün R'ye göre türevi alınır ve sıfıra eşitlenir. Maksimum güç, kaynağın iç direncine eşit harici devrenin direnci ile gelişecektir:

R = r'deki maksimum güç hakkındaki bu ifade, yüke salınan gücün yük direncinin değerine bağımlılığını çizerek kaynağın iç direncini deneysel olarak bulmayı mümkün kılar. Sağlayan teorik değil gerçek yük direncini bulduktan sonra maksimum güç, güç kaynağının gerçek iç direncini belirleyin.

Akım kaynağının verimliliği, yüke tahsis edilen maksimum gücün tam güç hangisinde şu an geliştirir

İki kutuplu ve eşdeğer devresi

İki uçlu bir ağın iç direnci, bir gerilim üreteci ve seri bağlı bir empedans içeren iki uçlu bir ağın eşdeğer devresindeki empedanstır (şekle bakın). Konsept, devre teorisinde gerçek bir kaynağı ideal elemanlarla değiştirirken, yani eşdeğer bir devreye geçerken kullanılır.

giriiş

Bir örnek düşünün. Bir binek otomobilde, yerleşik ağa 12 volt voltaj ve 55 Ah kapasiteli normal bir kurşun asitli aküden değil, seri bağlı sekiz aküden (örneğin, AA boyutu, yaklaşık 1 Ah kapasiteli) güç sağlayacağız. Motoru çalıştırmayı deneyelim. Deneyimler, pille çalıştırıldığında marş milinin bir derece bile dönmediğini göstermektedir. Üstelik retraktör rölesi bile çalışmayacaktır.

Pilin böyle bir uygulama için "yeterince güçlü olmadığı" sezgisel olarak açıktır, ancak iddia edilen özellikleri dikkate alındığında elektriksel özellikler- voltaj ve yük (kapasitans) - bu fenomenin nicel bir tanımını vermez. Voltaj her iki durumda da aynıdır:

Pil: 12 volt

Galvanik hücreler: 8 1,5 volt = 12 volt

Kapasite de oldukça yeterli: aküdeki bir amper saat, marş motorunu 14 saniye döndürmek için yeterli olmalıdır (250 amperlik bir akımda).

Görünüşe göre Ohm yasasına göre, elektriksel olarak özdeş kaynaklarla aynı yükteki akım da aynı olmalıdır. Ancak, gerçekte bu tamamen doğru değildir. Kaynaklar, ideal voltaj üreteçleri olsalardı aynı şekilde davranırlardı. Gerçek kaynaklar arasındaki farkın derecesini tanımlamak ve ideal jeneratörler ve iç direnç kavramını uygular.

Direnç ve iç direnç

İki uçlu bir ağın temel özelliği direncidir (veya empedansıdır). Bununla birlikte, iki uçlu bir ağı yalnızca dirençle karakterize etmek her zaman mümkün değildir. Gerçek şu ki, direnç terimi yalnızca tamamen pasif unsurlara, yani enerji kaynakları içermeyenlere uygulanabilir. İki uçlu bir ağ bir enerji kaynağı içeriyorsa, U=Ir formülasyonundaki Ohm yasası karşılanmadığından, "direnç" kavramı buna uygulanamaz.

Bu nedenle, kaynakları (yani voltaj üreteçleri ve akım üreteçleri) içeren iki uçlu ağlar için, iç dirençten (veya empedanstan) bahsetmek gerekir. İki terminalli ağ kaynakları içermiyorsa, bu tür bir iki terminalli ağ için "iç direnç" basitçe "direnç" ile aynı anlama gelir.

İlgili terimler

Herhangi bir sistemde bir girdi ve/veya çıktı ayırt edilebiliyorsa, genellikle aşağıdaki terimler kullanılır:

Giriş empedansı - sistemin girişi olan iki terminalli bir ağın iç direnci.

Çıkış empedansı - sistemin çıkışı olan iki terminalli bir ağın iç direnci.

Fiziksel prensipler

Eşdeğer devrede iç direncin bir pasif eleman olarak sunulmasına rağmen (ayrıca aktif direnç, yani direnç mutlaka içinde bulunur), iç direnç herhangi bir elemanda yoğunlaşmaz. İki uçlu bir terminal, konsantre bir iç empedansa ve bir voltaj üretecine sahipmiş gibi yalnızca yüzeysel olarak davranır. Gerçekte, iç direnç, fiziksel etkilerin bir kombinasyonunun dışsal bir tezahürüdür:

Herhangi bir elektrik devresi olmayan iki uçlu bir şebekede sadece bir enerji kaynağı varsa (örneğin bir galvanik hücre), o zaman iç direnç tamamen aktiftir, bu kaynağın yüke ilettiği gücün belirli bir sınırı aşmasına izin vermeyen fiziksel etkilerden kaynaklanır. Böyle bir etkinin en basit örneği, bir elektrik devresinin iletkenlerinin sıfır olmayan direncidir. Ancak, kural olarak, elektriksel olmayan etkiler, güç sınırlamasına en büyük katkıyı sağlar. Bu nedenle, örneğin, bir kimyasal kaynakta, güç, reaksiyona dahil olan maddelerin temas alanı, bir hidroelektrik jeneratöründe - sınırlı bir su basıncı vb.

İçinde içeren iki terminalli bir ağ olması durumunda bağlantı şeması, iç direnç devre elemanlarında "dağılır" (yukarıda kaynakta listelenen mekanizmalara ek olarak).

Bundan, iç direncin bazı özellikleri de takip eder:

İç direnç iki terminalden çıkarılamaz

İç direnç sabit bir değer değildir: herhangi bir dış koşul değiştiğinde değişebilir.

İç direncin iki uçlu bir ağın özelliklerine etkisi

İç direncin etkisi, herhangi bir iki uçlu ağın doğal bir özelliğidir. İç direncin varlığının ana sonucu sınırlamadır. Elektrik gücü, bu iki terminalli ağdan beslenen yükte elde edilebilir.

Direnci R olan bir yük, E voltaj jeneratörünün EMF'si ve aktif iç direnci r olan bir kaynağa bağlanırsa, yükteki akım, voltaj ve güç aşağıdaki gibi ifade edilir.

Hesaplama

Hesaplama kavramı şemaya uygulanabilir (ancak gerçek cihaz). Hesaplama, tamamen aktif iç direnç durumu için verilmiştir (reaktanstaki farklılıklar aşağıda tartışılacaktır).

Yukarıdaki eşdeğer devre ile tanımlanabilecek iki uçlu bir ağ var. İki terminalli bir ağda bulunması gereken iki bilinmeyen parametre vardır:

EMF voltaj üreteci U

İç direnç r

Genel durumda, iki bilinmeyeni belirlemek için iki ölçüm yapmak gerekir: iki terminalli ağın çıkışındaki voltajı (yani, potansiyel fark Uout = φ2 - φ1) iki farklı yük akımında ölçün. Daha sonra bilinmeyen parametreler denklem sisteminden bulunabilir:

burada Uout1, I1 akımındaki çıkış voltajıdır, Uout2, I2 akımındaki çıkış voltajıdır. Denklem sistemini çözerek gerekli bilinmeyenleri buluruz:

Tipik olarak, birden fazla basit teknik: moddaki voltajdır boş hareket ve iki terminalli ağın kısa devre modundaki akım. Bu durumda sistem (1) aşağıdaki gibi yazılır:

Uoc, boşta modda (İngiliz açık devre), yani sıfır yük akımında çıkış voltajıdır; Isc - kısa devre modunda, yani sıfır dirençli bir yükle yük akımı. Burada boş modda çıkış akımının ve kısa devre modunda çıkış voltajının sıfıra eşit olduğu dikkate alınır. Son denklemlerden hemen şunu elde ederiz:

Ölçüm

Ölçüm kavramı gerçek bir cihaza uygulanabilir (ancak bir devre için geçerli değildir). Cihazın probları iç direncin terminallerine bağlanamadığı için ohmmetre ile doğrudan ölçüm yapmak mümkün değildir. Bu nedenle, temelde hesaplamadan farklı olmayan dolaylı bir ölçüm gereklidir - yük üzerindeki gerilimler de iki farklı akım değerinde gereklidir. Bununla birlikte, her gerçek iki terminalli ağ kısa devre modunda çalışmaya izin vermediğinden, basitleştirilmiş formül (2) kullanmak her zaman mümkün değildir.

Hesaplama gerektirmeyen aşağıdaki basit ölçüm yöntemi sıklıkla kullanılır:

Açık devre voltajı ölçülür

Değişken bir direnç yük olarak bağlanır ve direnci, üzerindeki gerilim açık devre geriliminin yarısı olacak şekilde seçilir.

Açıklanan prosedürlerden sonra, yük direncinin direnci bir ohmmetre ile ölçülmelidir - iki kutbun iç direncine eşit olacaktır.

Hangi ölçüm yöntemi kullanılırsa kullanılsın, iki terminali aşırı akımla aşırı yükleme konusunda dikkatli olunmalıdır, yani akım, bu iki terminal için izin verilen maksimum değerleri aşmamalıdır.

Reaktif iç direnç

İki uçlu eşdeğer devre reaktif elemanlar - kapasitörler ve / veya indüktörler içeriyorsa, reaktif iç direncin hesaplanması aktif olanla aynı şekilde yapılır, ancak dirençlerin dirençleri yerine devreye dahil olan elemanların karmaşık empedansları alınır ve gerilimler ve akımlar yerine - bunların karmaşık genlikleri, yani hesaplama karmaşık genlikler yöntemiyle gerçekleştirilir.

İç reaktans ölçümünün bazı özellikleri vardır çünkü skaler bir değer değil karmaşık değerli bir fonksiyondur:

Karmaşık bir değerin çeşitli parametrelerini arayabilirsiniz: modül, bağımsız değişken, yalnızca gerçek veya hayali kısım ve karmaşık sayının tamamı. Buna göre, ölçüm tekniği ne elde etmek istediğimize bağlı olacaktır.

Terimi tanıtma ihtiyacı aşağıdaki örnekle gösterilebilir. İki kimyasal kaynağı karşılaştıralım doğru akım aynı voltaj ile

• 12 volt gerilim ve 55 Ah kapasiteli otomotiv kurşun-asit aküsü
• Seri bağlı sekiz adet AA pil. Böyle bir pilin toplam voltajı da 12 volttur, kapasite çok daha azdır - yaklaşık 1 Ah

Aynı gerilime rağmen, bu kaynaklar aynı yükte çalışırken önemli ölçüde farklılık gösterir. Bu yüzden, akü yüklenebilir yüksek akım(marş motoru 250 amperlik bir akım tüketirken araba motoru aküden çalışır) ve marş motoru akü zincirinden hiç dönmez. Akülerin nispeten küçük kapasitesi bunun nedeni değildir: akülerdeki bir amper-saat, marş motorunu 14 saniye döndürmek için yeterli olacaktır (250 amperlik bir akımda).

Bu nedenle, kaynakları (yani voltaj üreteçleri ve akım üreteçleri) içeren iki uçlu ağlar için, hakkında konuşmak gerekir. yerel direnç (veya empedans). İki terminalli ağ kaynak içermiyorsa, o zaman " dahili Böyle bir iki uçlu ağ için "direnç" ile aynı anlama gelir Sadece"rezistans".

İlgili terimler

Herhangi bir sistemde bir girdi ve/veya çıktı ayırt edilebiliyorsa, genellikle aşağıdaki terimler kullanılır:

Fiziksel prensipler

Eşdeğer devrede iç direncin bir pasif eleman olarak sunulmasına rağmen (ayrıca aktif direnç, yani direnç mutlaka içinde bulunur), iç direnç herhangi bir elemanda yoğunlaşmaz. Yalnızca harici olarak iki terminal davranır sanki konsantre bir iç empedansa ve bir voltaj üretecine sahipmiş gibi. Gerçekte, iç direnç, fiziksel etkilerin bir kombinasyonunun dışsal bir tezahürüdür:

• İki terminalli bir ağda yalnızca enerji kaynağı herhangi bir elektrik devresi olmadan (örneğin, bir galvanik hücre), o zaman iç direnç neredeyse tamamen dirençlidir (çok fazla olmadığı sürece). yüksek frekanslar), bu kaynağın yüke verdiği gücün belirli bir sınırı aşmasına izin vermeyen fiziksel etkilerden kaynaklanır. Böyle bir etkinin en basit örneği, bir elektrik devresinin iletkenlerinin sıfır olmayan direncidir. Ancak, kural olarak, etkileri elektriksiz doğa. Bu nedenle, örneğin, güçte, reaksiyona katılan maddelerin temas alanı, bir hidroelektrik santralinin jeneratöründe - sınırlı bir su basıncı vb. İle sınırlandırılabilir.
• İçinde içeren iki terminalli bir ağ olması durumunda bağlantı şeması, iç direnç devre elemanlarında "dağılır" (yukarıda kaynakta listelenen mekanizmalara ek olarak).

Bundan, iç direncin bazı özellikleri de takip eder:

İç direncin iki uçlu bir ağın özelliklerine etkisi

İç direncin etkisi, herhangi bir aktif iki terminalli ağın doğal bir özelliğidir. İç direncin varlığının ana sonucu, bu iki uçlu şebekeden beslenen yükte elde edilebilecek elektrik gücünün sınırlandırılmasıdır.

Yukarıdaki eşdeğer devre ile tanımlanabilecek iki uçlu bir ağ var. İki terminalli bir ağda bulunması gereken iki bilinmeyen parametre vardır:

• EMF voltaj üreteci sen
• İç direnç R

Genel durumda, iki bilinmeyeni belirlemek için iki ölçüm yapmak gerekir: iki uçlu ağın çıkışındaki voltajı (yani potansiyel farkı) ölçün U çıkışı \u003d φ 2 - φ 1) iki farklı yük akımında. Daha sonra bilinmeyen parametreler denklem sisteminden bulunabilir:

Nerede U out1 ben 1, U çıkış2- akımda çıkış voltajı ben 2. Denklem sistemini çözerek gerekli bilinmeyenleri buluruz:

Genellikle, iç direnci hesaplamak için daha basit bir teknik kullanılır: iki uçlu ağın açık devre modunda gerilim ve kısa devre modunda akım bulunur. Bu durumda system() aşağıdaki gibi yazılır:

Nerede Uoc- bekleme modunda çıkış voltajı Açık devre), yani sıfır yük akımında; ben sc- kısa devre modunda yük akımı (eng. kısa devre), yani sıfır dirençli bir yükte. Burada boş modda çıkış akımının ve kısa devre modunda çıkış voltajının sıfıra eşit olduğu dikkate alınır. Son denklemlerden hemen şunu elde ederiz:

Ölçüm

kavram ölçüm gerçek bir cihaza uygulanabilir (ancak bir devreye değil). Cihazın probları iç direncin terminallerine bağlanamadığı için ohmmetre ile doğrudan ölçüm yapmak mümkün değildir. Bu nedenle, hesaplamadan temelde farklı olmayan dolaylı bir ölçüm gereklidir - yük üzerindeki gerilimler de iki farklı akım değerinde gereklidir. Bununla birlikte, her gerçek iki terminalli ağ kısa devre modunda çalışmaya izin vermediğinden, basitleştirilmiş formül (2) kullanmak her zaman mümkün değildir.

Bazen hesaplama gerektirmeyen aşağıdaki basit ölçüm yöntemi kullanılır:

• Açık devre voltajı ölçülür
• Değişken bir direnç yük olarak bağlanır ve direnci, üzerindeki gerilim açık devre geriliminin yarısı olacak şekilde seçilir.

Açıklanan prosedürlerden sonra, yük direncinin direnci bir ohmmetre ile ölçülmelidir - iki kutbun iç direncine eşit olacaktır.

Hangi ölçüm yöntemi kullanılırsa kullanılsın, iki terminali aşırı akımla aşırı yükleme konusunda dikkatli olunmalıdır, yani akım, bu iki terminal için izin verilen maksimum değerleri aşmamalıdır.

Reaktif iç direnç

İki terminalli eşdeğer devre reaktif elemanlar içeriyorsa - kapasitörler ve / veya indüktörler, o zaman hesaplama reaktif iç direnç, aktif ile aynı şekilde gerçekleştirilir, ancak dirençlerin dirençleri yerine devreye dahil olan elemanların karmaşık empedansları alınır ve gerilimler ve akımlar yerine bunların karmaşık genlikleri yani karmaşık genlikler yöntemiyle hesaplama yapılır.

Ölçüm reaktif iç direncin bazı özellikleri vardır çünkü karmaşık değerli bir fonksiyondur ve skaler bir değer değildir:

• Karmaşık bir değerin çeşitli parametrelerini arayabilirsiniz: modül , bağımsız değişken , yalnızca gerçek veya hayali kısım ve karmaşık sayının tamamı. Buna göre, ölçüm tekniği ne elde etmek istediğimize bağlı olacaktır.
• Listelenen parametrelerden herhangi biri frekansa bağlıdır. Teorik olarak, ölçerek elde etmek full bilgi reaktif iç direnç hakkında, kaldırmak gerekir bağımlılık frekansta, yani üzerinde ölçümler yapın Tümü bu iki terminalli ağın kaynağının üretebileceği frekanslar.

Başvuru

Çoğu durumda, hakkında konuşmamalıyız. başvuru iç direnç ve yaklaşık muhasebe onun olumsuz etki, çünkü iç direnç oldukça olumsuz bir etkidir. Bununla birlikte, bazı sistemlerde nominal değere sahip bir iç direncin varlığı basitçe gereklidir.

eşdeğer devrelerin basitleştirilmesi

İki uçlu bir ağın bir voltaj üreteci ve dahili direncin bir kombinasyonu olarak temsili, iki uçlu bir ağın en basit ve en yaygın kullanılan eşdeğer devresidir.

Kaynak ve yük eşleştirme

Kaynak ve yükü eşleştirmek, ortaya çıkan sistemin istenen özelliklerini elde etmek için yük direncinin ve kaynağın iç direncinin oranının seçimidir (kural olarak, herhangi bir parametrenin maksimum değerini elde etmeye çalışırlar. verilen kaynak). En çok kullanılan aşağıdaki türler anlaşma:

Kaynağın aşırı yüklenmesi tehlikesi olduğundan, akım ve güç uyumu dikkatli kullanılmalıdır.

Yüksek gerilimleri azaltmak

Bazen yapay olarak kaynağa eklenir büyük direnç(kaynağın iç direncine eklenir) ondan alınan voltajı önemli ölçüde azaltmak için. Bununla birlikte, ek bir direnç olarak bir direnç eklemek (söndürme direnci olarak adlandırılır), üzerinde gereksiz bir güç salınımına yol açar. Enerji israfını önlemek için AC sistemleri, en yaygın olarak kapasitörler olmak üzere reaktif sönümleme empedansları kullanır. Kondansatör güç kaynakları bu şekilde inşa edilir. Benzer şekilde, yüksek voltajlı bir güç hattından kapasitif bir musluk yardımıyla, herhangi bir otonom cihaza güç sağlamak için küçük voltajlar elde edilebilir.

gürültü azaltma

yükseltirken zayıf sinyaller genellikle problem, amplifikatör tarafından sinyale verilen gürültünün en aza indirilmesinde ortaya çıkar. Bunun için özel düşük gürültülü amplifikatörler ancak, en düşük gürültü rakamına yalnızca sinyal kaynağının çıkış empedansının belirli bir aralığında ulaşılacak şekilde tasarlanırlar. Örneğin, düşük gürültülü bir amplifikatör, yalnızca 1 kΩ ila 10 kΩ arasındaki kaynak çıkış empedansları aralığında minimum gürültü sağlar; sinyal kaynağının daha düşük bir çıkış empedansı varsa (örneğin, 30 ohm çıkış empedansına sahip bir mikrofon), o zaman kaynak ile amplifikatör arasında çıkış empedansını (ve sinyal voltajını) gerekli değere yükseltecek bir yükseltici transformatör kullanılmalıdır.

Kısıtlamalar

İç direnç kavramı bir eşdeğer devre aracılığıyla tanıtılır, bu nedenle eşdeğer devrelerin uygulanabilirliği ile aynı sınırlamalar geçerlidir.

örnekler

İç direncin değerleri görecelidir: örneğin bir galvanik hücre için küçük kabul edilen şey, bir galvanik hücre için çok büyüktür. güçlü pil. Aşağıda iki terminalli ağ örnekleri ve iç direnç değerleri verilmiştir. R. Bipolar ağların önemsiz vakaları kaynaksızözel olarak belirtilmiştir.

Düşük iç direnç

Büyük iç direnç

Negatif iç direnç

İç direnci olan iki terminalli ağlar vardır. olumsuz Anlam. normalde aktif direnç, enerji dağılır, reaktif enerji dirençte depolanır ve daha sonra kaynağa geri salınır. Negatif direncin özelliği, kendisinin bir enerji kaynağı olmasıdır. Bu nedenle, saf haliyle negatif direnç oluşmaz, sadece simüle edilebilir. elektronik devre, zorunlu olarak bir enerji kaynağı içerir. Negatif iç direnç devrelerde aşağıdakiler kullanılarak elde edilebilir:

• tünel diyotları gibi negatif diferansiyel dirençli elemanlar

Negatif direnç sistemleri potansiyel olarak kararsızdır ve bu nedenle kendi kendine osilatörler oluşturmak için kullanılabilir.

Ayrıca bakınız

Bağlantılar

Edebiyat

• Zernov N.V., Karpov V.G. teori radyo devreleri. - M. - L.: Enerji, 1965. - 892 s.
• Jones M. H. Elektronik - uygulamalı kurs. - M.: Technosfera, 2006. - 512 s. ISBN 5-94836-086-5

notlar

Wikimedia Vakfı. 2010

• Politeknik terminolojik açıklayıcı sözlük
• 
  

Elektrik çağında, muhtemelen varlığından haberdar olmayacak böyle bir insan yoktur. elektrik akımı. Ancak çok az kişi bir okul fizik dersinden niceliklerin adından daha fazlasını hatırlar: akım gücü, voltaj, direnç, Ohm yasası. Ve sadece çok azı bu kelimelerin anlamının ne olduğunu hatırlıyor.

Bu yazımızda elektrik akımının nasıl oluştuğunu, bir devre aracılığıyla nasıl iletildiğini ve bu miktarın hesaplamalarda nasıl kullanılacağını ele alacağız. Ancak ana kısma geçmeden önce elektrik akımının ve kaynaklarının keşfinin tarihine ve ayrıca elektromotor kuvvetinin ne olduğunun tanımına dönelim.

Hikaye

Bir enerji kaynağı olarak elektrik, eski zamanlardan beri bilinmektedir, çünkü doğanın kendisi onu büyük miktarlarda üretir. Çarpıcı bir örnek, şimşek veya elektrik rampasıdır. İnsana bu kadar yakın olmasına rağmen, bu enerji ancak on yedinci yüzyılın ortalarında kullanıldı: Magdeburg belediye başkanı Otto von Guericke, elektrostatik yük üretmeye izin veren bir makine yarattı. On sekizinci yüzyılın ortalarında, Hollandalı bir bilim adamı olan Peter von Muschenbruck, çalıştığı üniversitenin onuruna Leiden kavanozu adı verilen dünyanın ilk elektrik kondansatörünü yaratır.

Belki de, elektriğe adanmış gerçek keşifler çağının geri sayımına, sırasıyla kaslardaki elektrik akımlarını ve sözde galvanik hücrelerde akımın oluşumunu inceleyen Luigi Galvani ve Alessandro Volta'nın çalışmalarıyla başlamak gelenekseldir. Daha fazla araştırma, elektrik ve manyetizma arasındaki bağlantının yanı sıra, bugün hayatımızı hayal etmenin imkansız olduğu birkaç çok yararlı fenomene (elektromanyetik indüksiyon gibi) gözlerimizi açtı.

Ancak manyetik fenomenlere girmeyeceğiz ve sadece elektriksel olanlara odaklanacağız. Öyleyse, galvanik hücrelerde elektriğin nasıl oluştuğuna ve neyle ilgili olduğuna bakalım.

Galvanik hücre nedir?

Bileşenleri arasında meydana gelen kimyasal reaksiyonlar nedeniyle elektrik ürettiğini söyleyebiliriz. En basit galvanik hücre, Alessandro Volta tarafından icat edildi ve onun adına voltaik sütun adını verdi. Kendi aralarında değişen birkaç katmandan oluşur: bir bakır levha, iletken bir conta (ev versiyonunda tuzlu suya batırılmış pamuk yünü kullanılır) ve bir çinko levha.

İçinde hangi reaksiyonlar gerçekleşir?

Bir galvanik hücre kullanarak elektrik elde etmemizi sağlayan süreçleri daha ayrıntılı olarak ele alalım. Bu tür yalnızca iki dönüşüm vardır: oksidasyon ve indirgeme. İndirgeyici ajan olan bir element oksitlendiğinde, elektronları başka bir elemente, oksitleyici ajana verir. Oksitleyici ajan da elektronları kabul ederek indirgenir. Böylece yüklü parçacıkların bir plakadan diğerine hareketi olur ve buna bildiğiniz gibi elektrik akımı denir.

Şimdi bu makalenin ana konusuna geçelim - mevcut kaynağın EMF'si. Ve başlamak için, bu elektromotor kuvvetinin (EMF) ne olduğunu düşünelim.

EDS nedir?

Bu değer, bir yük kapalı bir elektrik devresi boyunca hareket ettiğinde gerçekleştirilen kuvvetlerin işi (yani "iş") olarak temsil edilebilir. Çoğu zaman, suçlamanın mutlaka pozitif ve birlik olması gerektiğine de açıklık getirirler. Ve bu önemli bir eklemedir, çünkü yalnızca bu koşullar altında elektromotor kuvveti doğru ölçülebilir bir miktar olarak kabul edilebilir. Bu arada, voltajla aynı birimlerde ölçülür: volt (V) cinsinden.

EMF akım kaynağı

Bildiğiniz gibi, her pilin veya pilin sağlayabildiği kendi direnç değeri vardır. Akım kaynağının EMF'si olan bu değer, pilin veya akümülatörün dahil olduğu devre boyunca yükü hareket ettirmek için dış kuvvetlerin ne kadar iş yaptığını gösterir.

Kaynağın ne tür bir akım ürettiğini açıklığa kavuşturmak da önemlidir: doğrudan, alternatif veya darbeli. Akümülatörler ve piller dahil olmak üzere galvanik hücreler her zaman yalnızca doğru elektrik akımı üretir. Bu durumda akım kaynağının EMF'si, kaynak kontaklarındaki çıkış voltajına mutlak değer olarak eşit olacaktır.

Şimdi, EMF gibi bir miktarın neden gerekli olduğunu, bunun bir elektrik devresinin diğer miktarlarını hesaplamada nasıl kullanılacağını anlamanın zamanı geldi.

EMF formülü

Mevcut kaynağın EMF'sinin, yükü hareket ettirmek için dış kuvvetlerin çalışmasına eşit olduğunu zaten öğrendik. Daha fazla netlik için, bu niceliğin formülünü yazmaya karar verdik: E=A dış kuvvetler /q, burada A iştir ve q, üzerinde yapılan işin yüküdür. Birim ücretin değil, toplam ücretin alındığını unutmayın. Bu, iletkendeki tüm yükleri hareket ettirmek için kuvvetlerin işini düşündüğümüz için yapılır. Ve bu işin yüke oranı, belirli bir kaynak için her zaman sabit olacaktır, çünkü ne kadar yüklü parçacık alırsanız alın, her biri için belirli iş miktarı aynı olacaktır.

Gördüğünüz gibi, elektromotor kuvvet formülü o kadar karmaşık değil ve sadece iki miktardan oluşuyor. Bu makaleden kaynaklanan ana sorulardan birine geçme zamanı.

EDS'ye neden ihtiyaç duyulur?

EMF ve voltajın aslında aynı miktarlar olduğu zaten söylendi. EMF'nin değerlerini ve mevcut kaynağın iç direncini bilirsek, bunları tam bir devre için Ohm yasasına koymak zor olmayacaktır; Buradan devrenin iki özelliğini bulabiliriz: I ve R. Tüm bu argümanların ve formüllerin yalnızca bir DC devresi için geçerli olduğuna dikkat edilmelidir. durumunda formül değişkenleri kendi salınım yasalarına uyduğu için tamamen farklı olacaktır.

Ancak, mevcut bir kaynağın EMF'sinin hangi uygulamaya sahip olduğu hala belirsizliğini koruyor. Bir devrede, kural olarak, işlevlerini yerine getiren birçok öğe vardır. Herhangi bir telefonun, aynı zamanda bir elektrik devresinden başka bir şey olmayan bir kartı vardır. Ve bu tür devrelerin her biri çalışmak için bir akım kaynağı gerektirir. EMF'sinin devrenin tüm elemanları için parametreler açısından uygun olması çok önemlidir. Aksi takdirde, devre ya çalışmayı durduracak ya da nedeniyle yanacaktır. yüksek voltaj onun içinde.

Çözüm

Bu makalenin birçok kişi için yararlı olduğunu düşünüyoruz. Sonuçta, içinde modern dünya Bizi çevreleyen şey hakkında mümkün olduğunca çok şey bilmek çok önemlidir. Elektrik akımının doğası ve devreler içindeki davranışı hakkında temel bilgileri içerir. Ve eğer böyle bir şey olduğunu düşünüyorsanız elektrik devresi, sadece laboratuvarlarda kullanılıyor ve siz ondan uzaksınız, o zaman çok yanılıyorsunuz: elektrik tüketen tüm cihazlar aslında devrelerden oluşuyor. Ve her birinin bir EMF oluşturan kendi akım kaynağı vardır.