Zur Bestimmung der EMK und des Innenwiderstands der Quelle. Ohmsches Gesetz für einen vollständigen Stromkreis

An den Enden des Leiters und damit des Stroms sind äußere Kräfte nichtelektrischer Natur erforderlich, mit deren Hilfe die Trennung elektrischer Ladungen erfolgt.

Kräfte Dritter Alle Kräfte, die auf elektrisch geladene Teilchen in einem Stromkreis wirken, werden als solche bezeichnet, mit Ausnahme der elektrostatischen (dh Coulomb).

Fremdkräfte setzen geladene Teilchen in allen Stromquellen in Bewegung: in Generatoren, Kraftwerken, galvanischen Zellen, Batterien usw.

Wenn der Stromkreis geschlossen ist, wird in allen Leitern des Stromkreises ein elektrisches Feld erzeugt. Innerhalb der Stromquelle bewegen sich die Ladungen unter Einwirkung äußerer Kräfte gegen die Coulomb-Kräfte (Elektronen bewegen sich von einer positiv geladenen Elektrode zu einer negativen), und im restlichen Stromkreis werden sie durch ein elektrisches Feld angetrieben (siehe Abbildung oben). ).

In Stromquellen werden beim Trennen geladener Teilchen verschiedene Energiearten in elektrische Energie umgewandelt. Je nach Art der umgewandelten Energie werden folgende Arten der elektromotorischen Kraft unterschieden:

- elektrostatisch- in einer Elektrophoresemaschine, in der durch Reibung mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird;

- thermoelektrisch- in einem Thermoelement wird die innere Energie einer erhitzten Verbindungsstelle zweier Drähte aus unterschiedlichen Metallen in elektrische Energie umgewandelt;

- Photovoltaik— in einer Fotozelle. Hier wird Lichtenergie in elektrische Energie umgewandelt: Beim Beleuchten bestimmter Substanzen, zB Selen, Kupferoxid (I), Silizium, wird ein Verlust einer negativen elektrischen Ladung beobachtet;

- chemisch- in galvanischen Zellen, Batterien und anderen Quellen, in denen chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird.

Elektromotorische Kraft (EMF)- charakteristisch für Stromquellen. Das Konzept der EMF wurde 1827 von G. Ohm für Gleichstromkreise eingeführt. 1857 definierte Kirchhoff EMF als die Arbeit äußerer Kräfte während der Übertragung einer elektrischen Einheitsladung entlang eines geschlossenen Stromkreises:

ɛ \u003d Ein st / q,

wo ɛ - EMK der Stromquelle, Ein St- die Arbeit externer Kräfte, q ist die übertragene Ladungsmenge.

Die elektromotorische Kraft wird in Volt ausgedrückt.

Wir können über die elektromotorische Kraft in jedem Teil des Stromkreises sprechen. Dies ist die spezifische Arbeit äußerer Kräfte (die Arbeit zum Bewegen einer Einheitsladung) nicht im gesamten Stromkreis, sondern nur in diesem Bereich.

Innenwiderstand der Stromquelle.

Es sei ein einfacher geschlossener Stromkreis bestehend aus einer Stromquelle (z. B. einer galvanischen Zelle, einer Batterie oder einem Generator) und einem Widerstand mit Widerstand R. Der Strom in einem geschlossenen Stromkreis wird nirgendwo unterbrochen, daher existiert er auch innerhalb der Stromquelle. Jede Quelle stellt einen gewissen Widerstand gegen Strom dar. Es heißt Innenwiderstand der Stromquelle und ist mit dem Buchstaben gekennzeichnet r.

Im Generator r- Dies ist der Widerstand der Wicklung, in einer galvanischen Zelle - der Widerstand der Elektrolytlösung und der Elektroden.

Somit ist die Stromquelle durch die Werte von EMF und Innenwiderstand gekennzeichnet, die ihre Qualität bestimmen. Zum Beispiel haben elektrostatische Maschinen eine sehr hohe EMF (bis zu Zehntausend Volt), aber gleichzeitig ist ihr Innenwiderstand enorm (bis zu Hunderten von MOhm). Daher sind sie für die Aufnahme hoher Ströme ungeeignet. In galvanischen Zellen beträgt die EMK nur etwa 1 V, aber auch der Innenwiderstand ist klein (etwa 1 Ohm oder weniger). Dadurch können sie in Ampere gemessene Ströme empfangen.

Zweck: Berechnen Sie experimentell die EMF und den Innenwiderstand der Stromquelle.

Ausrüstung: elektrische Energiequelle, Amperemeter, Voltmeter, Rheostat (6 - 8 Ohm), Schlüssel, Verbindungskabel.

Der Wert, der numerisch gleich der Arbeit ist, die äußere Kräfte leisten, wenn sie eine Einheitsladung innerhalb der Stromquelle bewegen, wird als elektromotorische Kraft der Stromquelle bezeichnet ε, aus dem Ohmschen Gesetz:

wobei I die Stromstärke ist, U die Spannung ist.

im SI ε ausgedrückt in Volt (V).

Die elektromotorische Kraft und der Innenwiderstand der Stromquelle können experimentell bestimmt werden.

Arbeitsauftrag

1. Bestimmen Sie den Preis der Teilung der Skala von Messgeräten.

2. Erstellen Sie einen Stromkreis gemäß dem Diagramm in Abb. eines

3. Nachdem der Lehrer den Stromkreis überprüft hat, schließen Sie den Schlüssel und stellen Sie mit einem Rheostat die Stromstärke ein, die mehreren Unterteilungen der Amperemeterskala entspricht, und nehmen Sie die Messwerte des Voltmeters und des Amperemeters vor.

4. Wiederholen Sie das Experiment 2 Mal und ändern Sie die Stromstärke des Stromkreises mit einem Rheostat.

5. Tragen Sie die erhaltenen Daten in Tabelle 1 ein.

Abbildung 4.10 - Experimentelles Schema

№	Spannung am äußeren Teil des Stromkreises U, V	Strom im Kreis I, A	Innenwiderstand r, Ohm	Mittelwert des Innenwiderstands r cf, Ohm	EMF e, V	Durchschnittliche EMF e c p, V

Tabelle 1 – Experimentelle Daten

1. Setzen Sie die Messergebnisse in Gleichung 1 ein und lösen Sie die Gleichungssysteme:

Bestimmen Sie den Innenwiderstand der Quelle mit den Formeln:

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3. Daten in Tabelle 1 schreiben.

5. Ziehen Sie eine Schlussfolgerung.

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Testfragen

1. Was ist die physikalische Essenz des elektrischen Widerstands?

2. Welche Rolle spielt die Stromquelle im Stromkreis?

3. Was ist die physikalische Bedeutung von EMF? Volt definieren.

4. Was bestimmt die Spannung an den Klemmen der Stromquelle?

5. Bestimmen Sie anhand der Ergebnisse der durchgeführten Messungen den Widerstand des externen Stromkreises.

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Laborbericht Nr. __________

Gruppenschüler __________________

VOLLSTÄNDIGER NAME_______________________________________________________________

THEMA: UNTERSUCHUNG DER ABHÄNGIGKEIT DER LEISTUNG DES ELEKTRISCHEN STROMS DER GLÜHLAMPE AUF SPANNUNG

Zweck: Beherrschung der Methode zur Messung des Stromverbrauchs eines Elektrogeräts auf der Grundlage der Messung von Strom und Spannung; die Abhängigkeit der von der Glühbirne verbrauchten Leistung von der Spannung an ihren Anschlüssen zu untersuchen; Untersuchen Sie die Abhängigkeit des Leiterwiderstandes von der Temperatur.

Ausstattung: elektrische Lampe, Gleich- und Wechselspannungsquelle, Regelwiderstand, Amperemeter; Voltmeter, Schlüssel, Verbindungsdrähte, Millimeterpapier.

Kurze theoretische Informationen

Der Wert, der dem Verhältnis der Arbeit des Stroms A zur Zeit t entspricht, für die er ausgeführt wird, wird als Leistung P bezeichnet:

Folglich, (1)

Arbeitsauftrag

Experiment Nr. 1

1. Erstellen Sie einen Stromkreis gemäß dem in Abbildung 1 gezeigten Diagramm, ohne Erfahrung, und beachten Sie dabei die Polarität der Geräte

Abbildung 1 - Schaltplan

2. Bestimmen Sie den Preis der Teilung der Skala von Messgeräten

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3. Nach Überprüfung der Schaltung durch den Lehrer die Spannung U und den Strom I ablesen.

4. Tragen Sie die Daten der Geräte in Tabelle 1 ein.

Tabelle 1 – Versuchsdaten Nr. 1

Experiment Nr. 2

1. Bauen Sie die Schaltung nach Abb. 2 auf, wobei die Glühbirne über einen Rheostat an Wechselstrom angeschlossen ist.

Abbildung 4.12 - Schaltplan

2. Nachdem der Lehrer den Stromkreis überprüft hat, lesen Sie das Amperemeter und das Voltmeter ab, indem Sie die Position des Schiebers am Rheostat 10 - 11 Mal ändern.

3. Tragen Sie die Daten der Geräte in Tabelle 2 ein.

Tabelle 2 – Versuchsdaten Nr. 2

Messergebnisse verarbeiten

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2. Finden Sie Widerstand R0, für null Erfahrung:

(5)

wobei ΔT 0 K die Änderung der absoluten Temperatur ist (in diesem Fall ist sie gleich der Raumtemperatur auf der Celsius-Skala); α ist der Temperaturwiderstandskoeffizient für Wolfram (Anhang B).

3. Notieren Sie die empfangenen Daten in Tabelle 1.

Experiment Nr. 2

1. Ermitteln Sie für jeden Versuch die von der Lampe aufgenommene Leistung P nach der Formel:

P \u003d U max I max (6)

3. Bestimmen Sie die Temperatur des Lampenfadens für jedes Experiment mit der Formel:

4. Tragen Sie die Ergebnisse der Messungen und Berechnungen in Tabelle 2 ein.

5. Zeichnen Sie auf Millimeterpapier Diagramme: a) die Abhängigkeit der von der Lampe verbrauchten Leistung P von der Spannung U an ihren Klemmen; b) Abhängigkeit des Widerstands R von der Temperatur T.

6. Ziehen Sie eine Schlussfolgerung basierend auf den Ergebnissen von zwei Experimenten.

Testfragen

1. Was ist die physikalische Bedeutung der Spannung in einem Abschnitt eines Stromkreises?

2. Wie ermittelt man die aktuelle Leistung mit Amperemeter und Voltmeter?

3. Für welche Zwecke wird ein Wattmeter verwendet. Wie ist es mit der Schaltung verbunden?

4. Wie ändert sich der Widerstand eines Metallleiters mit steigender Temperatur?

5. Wie unterscheidet sich eine 100-W-Glühlampenspirale von einer 25-Watt-Lampenspirale?

8.5. Thermische Wirkung des Stroms

8.5.1. Stromquelle

Die Gesamtleistung der Stromquelle:

P voll = P nützlich + P Verluste,

wo P nützlich ist - nützliche Leistung, P ist nützlich \u003d I 2 R; P-Verlust – Leistungsverlust, P-Verlust = I 2 r; I - Stromstärke im Stromkreis; R - Lastwiderstand (externer Stromkreis); r ist der Innenwiderstand der Stromquelle.

Die Scheinleistung kann mit einer von drei Formeln berechnet werden:

P voll \u003d I 2 (R + r), P voll \u003d ℰ 2 R + r, P voll \u003d I ℰ,

wobei ℰ die elektromotorische Kraft (EMK) der Stromquelle ist.

Nettoleistung ist die Leistung, die im äußeren Stromkreis freigesetzt wird, d.h. an der Last (Widerstand) und kann für einen bestimmten Zweck verwendet werden.

Die Nettoleistung kann mit einer von drei Formeln berechnet werden:

P nützlich \u003d I 2 R, P nützlich \u003d U 2 R, P nützlich \u003d IU,

wobei I der Strom im Stromkreis ist; U - Spannung an den Klemmen (Klemmen) der Stromquelle; R - Lastwiderstand (externer Stromkreis).

Verlustleistung ist die Leistung, die in der Stromquelle freigesetzt wird, d.h. im internen Kreislauf und wird für die Prozesse ausgegeben, die in der Quelle selbst stattfinden; für einen anderen Zweck kann die Verlustleistung nicht verwendet werden.

Die Verlustleistung wird normalerweise nach der Formel berechnet

P Verlust = I 2 r ,

wobei I der Strom im Stromkreis ist; r ist der Innenwiderstand der Stromquelle.

Im Kurzschlussfall geht die Nutzleistung auf Null

P nützlich = 0,

da im Kurzschlussfall kein Lastwiderstand vorhanden ist: R = 0.

Die Scheinleistung bei Kurzschluss der Quelle stimmt mit der Verlustleistung überein und wird nach der Formel berechnet

P voll \u003d ℰ 2 r,

wobei ℰ die elektromotorische Kraft (EMK) der Stromquelle ist; r ist der Innenwiderstand der Stromquelle.

Netzleistung hat Maximalwert wenn der Lastwiderstand R gleich dem Innenwiderstand r der Stromquelle ist:

R = r.

Maximale Nutzleistung:

P nützlich max = 0,5 P voll,

wo P voll - volle Leistung der Stromquelle; P voll \u003d ℰ 2 / 2 r.

Explizit die Formel zur Berechnung maximale Nutzleistung folgendermaßen:

P nützlich max = ℰ 2 4 r .

Um die Berechnungen zu vereinfachen, ist es nützlich, sich zwei Punkte zu merken:

wenn bei zwei Lastwiderständen R 1 und R 2 die gleiche Nutzleistung im Stromkreis zugeteilt wird, dann Innenwiderstand Stromquelle r steht in Beziehung zu den angegebenen Widerständen durch die Formel

r = R 1 R 2 ;

Wenn die maximale Nutzleistung im Stromkreis freigesetzt wird, ist der Strom I * im Stromkreis zweimal kleiner als der Kurzschlussstrom i:

ich * = ich 2 .

Beispiel 15. Bei einem Kurzschluss mit einem Widerstand von 5,0 Ohm erzeugt eine Batterie aus Zellen einen Strom von 2,0 A. Der Kurzschlussstrom der Batterie beträgt 12 A. Berechnen Sie die maximale Nutzleistung der Batterie.

Lösung . Lassen Sie uns den Zustand des Problems analysieren.

1. Wenn eine Batterie an einen Widerstand R 1 = 5,0 Ohm angeschlossen wird, fließt ein Strom von I 1 = 2,0 A im Stromkreis, wie in Abb. 1 gezeigt. a , definiert durch das Ohmsche Gesetz für eine vollständige Kette:

ich 1 \u003d ℰ R 1 + r,

wobei ℰ die EMF der Stromquelle ist; r ist der Innenwiderstand der Stromquelle.

2. Wenn eine Batterie kurzgeschlossen wird, fließt ein Kurzschlussstrom im Stromkreis, wie in Abb. 1 gezeigt. b. Die Stärke des Kurzschlussstroms wird durch die Formel bestimmt

wobei i der Kurzschlussstrom ist, i = 12 A.

3. Wenn die Batterie an den Widerstand R 2 \u003d r angeschlossen ist, fließt im Stromkreis ein Strom der Kraft I 2, wie in Abb. 1 gezeigt. in , definiert durch das Ohmsche Gesetz für eine vollständige Schaltung:

ich 2 \u003d ℰ R 2 + r \u003d ℰ 2 r;

In diesem Fall wird die maximale Nutzleistung in der Schaltung zugewiesen:

P nützlich max \u003d I 2 2 R 2 \u003d I 2 2 r.

Zur Berechnung der maximalen Nutzleistung ist es also notwendig, den Innenwiderstand der Stromquelle r und die Stromstärke I 2 zu bestimmen.

Um die Stromstärke I 2 zu finden, schreiben wir das Gleichungssystem auf:

ich \u003d ℰ r, ich 2 \u003d ℰ 2 r)

und führe die Division der Gleichungen durch:

ich ich 2 = 2 .

Dies impliziert:

Ich 2 \u003d Ich 2 \u003d 12 2 \u003d 6,0 A.

Um den Innenwiderstand der Quelle r zu finden, schreiben wir das Gleichungssystem auf:

ich 1 \u003d ℰ R. 1 + r, ich \u003d ℰ r)

und führe die Division der Gleichungen durch:

ich 1 ich = r R. 1 + r .

Dies impliziert:

r \u003d ich 1 R 1 ich - ich 1 \u003d 2,0 ⋅ 5,0 12 - 2,0 \u003d 1,0 Ohm.

Berechnen Sie die maximale Nutzleistung:

P nützlich max \u003d I 2 2 r \u003d 6,0 2 ⋅ 1,0 \u003d 36 W.

Somit beträgt die maximale Nutzleistung des Akkus 36 Watt.

Eine Quelle ist ein Gerät, das mechanische, chemische, thermische und einige andere Energieformen in elektrische Energie umwandelt. Mit anderen Worten, die Quelle ist ein aktives Netzelement zur Stromerzeugung. Die verschiedenen Arten von Quellen, die im Stromnetz verfügbar sind, sind Spannungsquellen und Stromquellen. Diese beiden Konzepte in der Elektronik unterscheiden sich voneinander.

Gleichspannungsquelle

Die Spannungsquelle ist ein Gerät mit zwei Polen, dessen Spannung zu jeder Zeit konstant ist und der durch sie fließende Strom keine Wirkung hat. Eine solche Quelle wäre ideal und hätte einen Innenwiderstand von Null. In der Praxis kann es nicht erhalten werden.

Am Minuspol der Spannungsquelle sammelt sich ein Überschuss an Elektronen an, am Pluspol ihr Defizit. Die Zustände der Pole werden durch die Prozesse innerhalb der Quelle aufrechterhalten.

Batterien

Batterien speichern intern chemische Energie und sind in der Lage, diese in elektrische Energie umzuwandeln. Batterien können nicht wieder aufgeladen werden, was ihr Nachteil ist.

Batterien

Batterien sind wiederaufladbare Batterien. Beim Laden wird elektrische Energie intern in Form von chemischer Energie gespeichert. Beim Entladen läuft der chemische Prozess in umgekehrter Richtung ab und es wird elektrische Energie freigesetzt.

Beispiele:

Blei-Säure-Batteriezelle. Es besteht aus Bleielektroden und einer elektrolytischen Flüssigkeit in Form von mit destilliertem Wasser verdünnter Schwefelsäure. Die Spannung pro Zelle beträgt ca. 2 V. In Autobatterien werden üblicherweise sechs Zellen in Reihenschaltung geschaltet, die resultierende Spannung an den Ausgangsklemmen beträgt 12 V;

Nickel-Cadmium-Batterien, Zellenspannung - 1,2 V.

Wichtig! Batterien und Akkumulatoren können bei kleinen Strömen als gute Annäherung an ideale Spannungsquellen angesehen werden.

Wechselspannungsquelle

In Kraftwerken wird mit Hilfe von Generatoren Strom erzeugt und nach Spannungsregelung zum Verbraucher übertragen. Die Wechselspannung des 220-V-Hausnetzes in den Netzteilen verschiedener elektronischer Geräte lässt sich bei Verwendung von Transformatoren problemlos auf eine niedrigere Anzeige umwandeln.

Aktuelle Quelle

Da eine ideale Spannungsquelle am Ausgang eine konstante Spannung erzeugt, besteht die Aufgabe einer Stromquelle analog darin, einen konstanten Stromwert zu liefern und automatisch die erforderliche Spannung zu regeln. Beispiele sind Stromwandler (Sekundärwicklung), Fotozellen, Kollektorströme von Transistoren.

Berechnung des Innenwiderstandes der Spannungsquelle

Reale Spannungsquellen haben einen eigenen elektrischen Widerstand, den man „Innenwiderstand“ nennt. Die an den Ausgängen der Quelle angeschlossene Last wird als "Außenwiderstand" - R bezeichnet.

Der Akkupack erzeugt EMF:

ε = E/Q, wobei:

E - Energie (J);
Q - Ladung (C).

Die Gesamt-EMK einer Batteriezelle ist ihre Leerlaufspannung ohne Last. Es kann mit einem Digitalmultimeter mit guter Genauigkeit kontrolliert werden. Die an den Ausgangskontakten der Batterie gemessene Potentialdifferenz ist bei Anschluss an einen Lastwiderstand geringer als ihre Spannung bei offenem Stromkreis, da der Strom durch die externe Last und durch den Innenwiderstand der Quelle fließt , dies führt in ihm zu einer Energiedissipation als Wärmestrahlung .

Der Innenwiderstand einer chemischen Batterie liegt zwischen einem Bruchteil eines Ohms und einigen Ohm und hängt hauptsächlich mit dem Widerstand der in der Batterie verwendeten Elektrolytmaterialien zusammen.

Wenn ein Widerstand mit dem Widerstandswert R an eine Batterie angeschlossen wird, ist der Strom im Stromkreis I = ε/(R + r).

Der Innenwiderstand ist kein konstanter Wert. Sie ist abhängig vom Batterietyp (Alkaline, Blei-Säure etc.) und variiert je nach Belastungswert, Temperatur und Alter der Batterie. Beispielsweise steigt bei Einwegbatterien der Innenwiderstand während des Gebrauchs an und die Spannung sinkt daher, bis sie einen für die weitere Verwendung ungeeigneten Zustand erreicht.

Wenn die EMF der Quelle ein vorbestimmter Wert ist, wird der Innenwiderstand der Quelle bestimmt, indem der Strom gemessen wird, der durch den Lastwiderstand fließt.

Da Innen- und Außenwiderstand in der Näherungsschaltung in Reihe geschaltet sind, lässt sich mit Hilfe des Ohmschen und des Kirchhoffschen Gesetzes die Formel anwenden:

Aus diesem Ausdruck r = ε/I - R.

Beispiel. Eine Batterie mit bekannter EMK ε = 1,5 V wird mit einer Glühlampe in Reihe geschaltet. Der Spannungsabfall an der Glühbirne beträgt 1,2 V. Daher erzeugt der Innenwiderstand des Elements einen Spannungsabfall: 1,5 - 1,2 \u003d 0,3 V. Der Widerstand der Drähte im Stromkreis wird als vernachlässigbar angesehen, der Widerstand der Lampe nicht bekannt. Der gemessene Strom, der durch den Stromkreis fließt: I \u003d 0,3 A. Der Innenwiderstand der Batterie muss bestimmt werden.

Nach dem Ohmschen Gesetz beträgt der Widerstand einer Glühbirne R \u003d U / I \u003d 1,2 / 0,3 \u003d 4 Ohm;
Nach der Formel zur Berechnung des Innenwiderstands ist nun r \u003d ε / I - R \u003d 1,5 / 0,3 - 4 \u003d 1 Ohm.

Im Kurzschlussfall sinkt der Außenwiderstand auf nahezu Null. Der Strom kann nur durch einen kleinen Quellenwiderstand begrenzt werden. Der dabei entstehende Strom ist so hoch, dass die Spannungsquelle durch die thermische Wirkung des Stroms beschädigt werden kann und Brandgefahr besteht. Der Brandgefahr wird durch den Einbau von Sicherungen beispielsweise in Autobatteriekreisen vorgebeugt.

Der Innenwiderstand einer Spannungsquelle ist ein wichtiger Faktor bei der Entscheidung, wie ein angeschlossenes Elektrogerät am effizientesten mit Strom versorgt wird.

Wichtig! Die maximale Leistungsübertragung erfolgt, wenn der Innenwiderstand der Quelle gleich dem Widerstand der Last ist.

Unter dieser Bedingung wird jedoch unter Berücksichtigung der Formel P \u003d I² x R der Last eine identische Energiemenge zugeführt und in der Quelle selbst abgeführt, und ihr Wirkungsgrad beträgt nur 50%.

Lastanforderungen müssen sorgfältig berücksichtigt werden, um über die beste Verwendung der Quelle zu entscheiden. Beispielsweise muss eine Blei-Säure-Autobatterie bei einer relativ niedrigen Spannung von 12 V hohe Ströme liefern. Ihr geringer Innenwiderstand macht es möglich.

Teilweise müssen Hochspannungsnetzteile extrem hohe Innenwiderstände aufweisen, um den Kurzschlussstrom zu begrenzen.

Merkmale des Innenwiderstands der Stromquelle

Eine ideale Stromquelle hat einen unendlichen Widerstand, aber für echte Quellen kann man sich eine ungefähre Version vorstellen. Das Ersatzschaltbild ist ein parallel zur Quelle geschalteter Widerstand und ein externer Widerstand.

Die Stromabgabe der Stromquelle verteilt sich wie folgt: Ein Teil des Stroms fließt durch den höchsten Innenwiderstand und durch den niedrigen Lastwiderstand.

Der Ausgangsstrom ergibt sich aus der Summe der Ströme am Innenwiderstand und der Last Io \u003d Ir + Ivn.

Es stellt sich heraus:

In \u003d Io - Ivn \u003d Io - Un / r.

Diese Abhängigkeit zeigt, dass, wenn der Innenwiderstand der Stromquelle zunimmt, der Strom darauf abnimmt, und der Lastwiderstand den größten Teil des Stroms erhält. Interessanterweise hat die Spannung keinen Einfluss auf den Stromwert.

Ausgangsspannung der realen Quelle:

Uout \u003d I x (R x r) / (R + r) \u003d I x R / (1 + R / r). Bewerten Sie diesen Artikel:

Zielsetzung: Lernen Sie, die EMK und den Innenwiderstand der Stromquelle experimentell zu bestimmen.

Geräte und Ausstattung: Elektrische Energiequellen, Amperemeter (bis 2A mit Teilung bis 0,1A), Voltmeter (konstant bis 3A mit Teilung bis 0,3V), Speicher (Widerstand bis 10 Ohm), Schlüssel, Anschlussdrähte.

THEORIE:

Um den Strom im Leiter aufrechtzuerhalten, ist es erforderlich, dass die Potentialdifferenz (Spannung) an seinen Enden unverändert bleibt. Dazu wird eine Stromquelle verwendet. Die Potentialdifferenz an seinen Polen entsteht durch die Ladungstrennung in positiv und negativ. Die Arbeiten zur Ladungstrennung werden von fremden Kräften (nicht elektrischen Ursprungs) durchgeführt.

Der Wert, der durch die Arbeit gemessen wird, die von externen Kräften geleistet wird, wenn eine einzelne positive elektrische Ladung innerhalb der Stromquelle bewegt wird, wird als elektromotorische Kraft der Stromquelle (EMF) bezeichnet und in Volt ausgedrückt.

Wenn der Stromkreis geschlossen wird, bilden die in der Stromquelle getrennten Ladungen ein elektrisches Feld, das die Ladungen entlang des externen Stromkreises bewegt; Innerhalb der Stromquelle bewegen sich die Ladungen unter der Wirkung äußerer Kräfte in Richtung des Feldes. Somit wird die in der Stromquelle gespeicherte Energie für die Bewegung der Ladung in einem Stromkreis mit externen R- und internen R-Widerständen aufgewendet.

FORTSCHRITT

1. Bauen Sie den Stromkreis wie im Diagramm gezeigt zusammen.

2. Messen Sie die EMF der elektrischen Energiequelle, indem Sie sie an ein Voltmeter (Stromkreis) anschließen.

3. Messen Sie die Stromstärke und den Spannungsabfall an einem gegebenen Widerstand.

№	E	U	ich	R	r	RCP
1.
2.
3.

4. Berechnen Sie den Innenwiderstand nach dem Ohmschen Gesetz für die gesamte Schaltung.

5. Experimentieren Sie mit anderen Widerständen und berechnen Sie den Innenwiderstand des Elements.

6. Berechnen Sie den Mittelwert des Innenwiderstands des Elements.

7. Tragen Sie die Ergebnisse aller Messungen und Berechnungen in eine Tabelle ein.

8. Finde den absoluten und relativen Fehler.

9. Machen Sie eine Schlussfolgerung.

TESTFRAGEN

1. Geben Sie die Bedingungen für das Vorhandensein eines elektrischen Stroms in einem Leiter an.

2. Welche Rolle spielt die elektrische Energiequelle im Stromkreis?

3. Was bestimmt die Spannung an den Klemmen der elektrischen Energiequelle?

LABOR Nr. 7

BESTIMMUNG DES ELEKTROCHEMISCHEN ÄQUIVALENTS VON KUPFER.

Zielsetzung: Lernen Sie in der Praxis, das elektrochemische Äquivalent von Kupfer zu berechnen.

Ausrüstung: Waage mit Gewicht, Amperemeter, Uhr. , eine elektrische Energiequelle, ein Rheostat, ein Schlüssel, Kupferplatten (Elektroden), Verbindungsdrähte, ein Elektrolysebad mit einer Kupfersulfatlösung.

Theorie

Der Prozess, bei dem die Moleküle von Salzen, Säuren und Laugen, wenn sie in Wasser oder anderen Lösungsmitteln gelöst werden, in geladene Teilchen (Ionen) zerfallen, wird als elektrolytische Dissoziation bezeichnet. , Die resultierende Lösung mit positiven und negativen Ionen wird als Elektrolyt bezeichnet.

Wenn Platten (Elektroden), die mit den Klemmen einer Stromquelle verbunden sind, in ein Gefäß mit Elektrolyt gelegt werden (im Elektrolyt ein elektrisches Feld erzeugen), bewegen sich positive Ionen zur Kathode und negative Ionen zur Anode. Daher bewegt sich in Lösungen von Säuren, Salzen und Laugen die elektrische Ladung zusammen mit den Partikeln der Substanz. Gleichzeitig kommt es an den Elektroden zu Redoxreaktionen, bei denen ein Stoff an ihnen freigesetzt wird. Als Elektrolyse wird der Prozess bezeichnet, bei dem elektrischer Strom durch einen Elektrolyten geleitet wird, begleitet von chemischen Reaktionen.

Für die Elektrolyse gilt das Faradaysche Gesetz: Die Masse der freigesetzten Substanz an der Elektrode ist direkt proportional zur Ladung, die durch den Elektrolyten geflossen ist:

wobei k das elektrochemische Äquivalent der Stoffmenge ist, die freigesetzt wird, wenn 1 C Elektrizität durch den Elektrolyten fließt. Durch Messen der Stromstärke im Stromkreis, der Zeit seines Durchgangs und der Masse der an der Kathode freigesetzten Substanz kann man das elektrochemische Äquivalent bestimmen (1s wird in kg / C ausgedrückt).

wobei m die an der Kathode abgeschiedene Kupfermasse ist; I-Strom im Stromkreis; t ist die Zeit des Stromflusses im Stromkreis.

Bauen Sie den Stromkreis gemäß dem Diagramm zusammen.

1. Eine der Platten, die die Kathode sein wird, (wenn die Platte nass ist, muss sie getrocknet werden) sorgfältig mit einer Genauigkeit von 10 mg gewogen und das Ergebnis in die Tabelle eingetragen.

2. Legen Sie die Elektrode in das Elektrolysebad und stellen Sie einen Stromkreis gemäß dem Diagramm her.

3. Stellen Sie den Strom mit einem Rheostat so ein, dass sein Wert 1 A pro 50 cm 2 des eingetauchten Teils der Kathodenplatte nicht überschreitet.

4. Schließen Sie den Stromkreis für 15-20 Minuten.

5. Öffnen Sie den Stromkreis, entfernen Sie die Kathodenplatte, waschen Sie die restliche Lösung davon ab und trocknen Sie sie unter einem Händetrockner.

6. Wiegen Sie die getrocknete Platte auf die nächsten 10 mg.

7. Den Wert des Stroms, die Zeit des Experiments, die Zunahme der Masse der Kathodenplatte in die Tabelle eintragen und das elektrochemische Äquivalent bestimmen.

Schätzung von Fehlern.