გამტარში ელექტრული დენი წარმოიქმნება ელექტრული ველის გავლენის ქვეშ, რაც იწვევს თავისუფალ დამუხტულ ნაწილაკებს მიმართულ მოძრაობაში შესვლას. ნაწილაკების დენის შექმნა სერიოზული პრობლემაა. ისეთი მოწყობილობის აშენება, რომელიც დიდხანს შეინარჩუნებს ველის პოტენციურ განსხვავებას ერთ სახელმწიფოში, არის ამოცანა, რომლის გადაწყვეტა კაცობრიობის ძალის ფარგლებში მხოლოდ მე-18 საუკუნის ბოლოს აღმოჩნდა.

პირველი მცდელობები

მისი შემდგომი კვლევისა და გამოყენებისთვის „ელექტროენერგიის დაგროვების“ პირველი მცდელობები განხორციელდა ჰოლანდიაში. გერმანელმა ევალდ იურგენ ფონ კლაისტმა და ჰოლანდიელმა პიტერ ვან მუშენბრუკმა, რომლებმაც თავიანთი კვლევები ჩაატარეს ქალაქ ლეიდენში, შექმნეს მსოფლიოში პირველი კონდენსატორი, რომელსაც მოგვიანებით "ლეიდენის ქილა" უწოდეს.

ელექტრული მუხტის დაგროვება უკვე მოხდა მექანიკური ხახუნის მოქმედებით. შესაძლებელი იყო გამტარის მეშვეობით გამონადენის გამოყენება გარკვეული, საკმაოდ მოკლე პერიოდის განმავლობაში.

ადამიანის გონების გამარჯვება ისეთ ეფემერულ სუბსტანციაზე, როგორიცაა ელექტროენერგია, რევოლუციური აღმოჩნდა.

სამწუხაროდ, გამონადენი (კონდენსატორის მიერ შექმნილი ელექტრული დენი) იმდენად ხანმოკლე გაგრძელდა, რომ მისი შექმნა ვერ მოხერხდა. გარდა ამისა, კონდენსატორის მიერ მიცემული ძაბვა თანდათან მცირდება, რაც შეუძლებელს ხდის უწყვეტი დენის მიღებას.

საჭირო იყო სხვა გზის ძებნა.

პირველი წყარო

იტალიელი გალვანის ექსპერიმენტები „ცხოველური ელექტროენერგიის“ შესწავლაზე იყო ორიგინალური მცდელობა ბუნებაში დენის ბუნებრივი წყაროს პოვნის. დაშლილი ბაყაყების ფეხები რკინის გისოსის ლითონის კაუჭებზე ჩამოკიდებულმა მან ყურადღება გაამახვილა ნერვული დაბოლოებების დამახასიათებელ რეაქციაზე.

თუმცა, გალვანის დასკვნები უარყო სხვა იტალიელმა, ალესანდრო ვოლტამ. დაინტერესებული ცხოველური ორგანიზმებიდან ელექტროენერგიის მიღების შესაძლებლობით, მან ჩაატარა ექსპერიმენტების სერია ბაყაყებთან. მაგრამ მისი დასკვნა წინა ჰიპოთეზების სრულიად საპირისპირო აღმოჩნდა.

ვოლტამ ყურადღება გაამახვილა იმ ფაქტზე, რომ ცოცხალი ორგანიზმი მხოლოდ ელექტრული გამონადენის მაჩვენებელია. როდესაც დენი გადის, ფეხების კუნთები იკუმშება, რაც მიუთითებს პოტენციურ განსხვავებაზე. ელექტრული ველის წყარო იყო განსხვავებული ლითონების კონტაქტი. რაც უფრო შორს არიან ისინი ერთმანეთისგან ქიმიურ ელემენტებში, მით უფრო დიდია ეფექტი.

განსხვავებული ლითონების ფირფიტები, გაფორმებული ელექტროლიტური ხსნარით გაჟღენთილი ქაღალდის დისკებით, დიდი ხნის განმავლობაში ქმნიდა აუცილებელ პოტენციურ განსხვავებას. და იყოს დაბალი (1.1 V), მაგრამ ელექტრული დენის გამოკვლევა შეიძლება დიდი ხნის განმავლობაში. მთავარი ის არის, რომ დაძაბულობა ამდენი ხანი უცვლელი დარჩა.

Რა ხდება

რატომ არის ასეთი ეფექტი გამოწვეული წყაროებში, რომელსაც ეწოდება "გალვანური უჯრედები"?

დიელექტრიკში მოთავსებული ორი ლითონის ელექტროდი სხვადასხვა როლს ასრულებს. ერთი აწვდის ელექტრონებს, მეორე იღებს მათ. რედოქსის რეაქციის პროცესი იწვევს ერთ ელექტროდზე ელექტრონების სიჭარბის გამოჩენას, რომელსაც ნეგატიური პოლუსი ეწოდება, ხოლო მეორეზე დეფიციტს, მას წყაროს დადებით პოლუსად აღვნიშნავთ.

უმარტივეს გალვანურ უჯრედებში ჟანგვითი რეაქციები ხდება ერთ ელექტროდზე, ხოლო შემცირების რეაქციები მეორეზე. ელექტრონები მოდიან ელექტროდებში მიკროსქემის გარედან. ელექტროლიტი არის წყაროს შიგნით იონების მიმდინარე გამტარი. წინააღმდეგობის ძალა განაგებს პროცესის ხანგრძლივობას.

სპილენძის თუთიის ელემენტი

საინტერესოა გალვანური უჯრედების მოქმედების პრინციპის გათვალისწინება სპილენძ-თუთიის გალვანური უჯრედის მაგალითის გამოყენებით, რომლის მოქმედება განპირობებულია თუთიისა და სპილენძის სულფატის ენერგიით. ამ წყაროში სპილენძის ფირფიტა მოთავსებულია ხსნარში და თუთიის ელექტროდი ჩაეფლო თუთიის სულფატის ხსნარში. ხსნარები გამოყოფილია ფოროვანი დისტანციით, რათა თავიდან იქნას აცილებული შერევა, მაგრამ ისინი უნდა იყვნენ კონტაქტში.

თუ წრე დახურულია, თუთიის ზედაპირული ფენა იჟანგება. სითხესთან ურთიერთქმედების პროცესში ხსნარში ჩნდება თუთიის ატომები, რომლებიც გადაიქცნენ იონებად. ელექტროდზე გამოიყოფა ელექტრონები, რომლებსაც შეუძლიათ მონაწილეობა მიიღონ დენის წარმოქმნაში.

სპილენძის ელექტროდამდე მოხვედრისას ელექტრონები მონაწილეობენ შემცირების რეაქციაში. ხსნარიდან სპილენძის იონები შედიან ზედაპირულ ფენაში, შემცირების პროცესში ისინი გადაიქცევიან სპილენძის ატომებად, რომლებიც დეპონირდება სპილენძის ფირფიტაზე.

რომ შევაჯამოთ რა ხდება: გალვანური უჯრედის მუშაობის პროცესს თან ახლავს ელექტრონების გადატანა შემცირების აგენტიდან ჟანგვის აგენტზე მიკროსქემის გარე ნაწილის გასწვრივ. რეაქციები მიმდინარეობს ორივე ელექტროდზე. იონის დენი მიედინება წყაროს შიგნით.

გამოყენების სირთულეები

პრინციპში, ნებისმიერი შესაძლო რედოქსის რეაქცია შეიძლება გამოყენებულ იქნას ბატარეებში. მაგრამ არ არის იმდენი ნივთიერება, რომელსაც შეუძლია ტექნიკურად ღირებულ ელემენტებში მუშაობა. უფრო მეტიც, ბევრი რეაქცია მოითხოვს ძვირადღირებულ ნივთიერებებს.

თანამედროვე ბატარეებს უფრო მარტივი სტრუქტურა აქვთ. ერთ ელექტროლიტში მოთავსებული ორი ელექტროდი ავსებს ჭურჭელს - ბატარეის კოლოფს. ასეთი დიზაინის მახასიათებლებიგაამარტივეთ სტრუქტურა და შეამცირეთ ბატარეების ღირებულება.

ნებისმიერ გალვანურ უჯრედს შეუძლია პირდაპირი დენის შექმნა.

მიმდინარე წინააღმდეგობა არ აძლევს საშუალებას ყველა იონს მიაღწიოს ელექტროდებს ერთდროულად, ამიტომ ელემენტი დიდხანს მუშაობს. იონების წარმოქმნის ქიმიური რეაქციები ადრე თუ გვიან ჩერდება, ელემენტი გამოიყოფა.

დიდი მნიშვნელობა აქვს დენის წყაროს.

ერთი სიტყვა წინააღმდეგობის შესახებ

ელექტრული დენის გამოყენებამ, უეჭველია, სამეცნიერო და ტექნოლოგიური პროგრესი ახალ დონეზე მიიყვანა, გიგანტური სტიმული მისცა მას. მაგრამ დენის ნაკადის წინააღმდეგობის ძალა ხელს უშლის ასეთ განვითარებას.

ერთის მხრივ, ელექტრო დენს აქვს ფასდაუდებელი თვისებები, რომლებიც გამოიყენება ყოველდღიურ ცხოვრებაში და ტექნოლოგიაში, მეორეს მხრივ, არსებობს მნიშვნელოვანი წინააღმდეგობა. ფიზიკა, როგორც ბუნების მეცნიერება, ცდილობს წონასწორობის დამყარებას, ამ გარემოებების შესაბამისობაში მოყვანას.

დენის წინააღმდეგობა წარმოიქმნება ელექტრულად დამუხტული ნაწილაკების იმ ნივთიერებასთან ურთიერთქმედების გამო, რომლის მეშვეობითაც ისინი მოძრაობენ. ნორმალური ტემპერატურის პირობებში ამ პროცესის გამორიცხვა შეუძლებელია.

წინააღმდეგობა

დენის წყარო და მიკროსქემის გარე ნაწილის წინააღმდეგობა ოდნავ განსხვავებული ხასიათისაა, მაგრამ ამ პროცესებში იგივეა სამუშაო მუხტის გადასატანად.

სამუშაო თავად დამოკიდებულია მხოლოდ წყაროს თვისებებზე და მის შინაარსზე: ელექტროდებისა და ელექტროლიტების ხარისხზე, აგრეთვე მიკროსქემის გარე ნაწილებზე, რომელთა წინააღმდეგობა დამოკიდებულია მასალის გეომეტრიულ პარამეტრებზე და ქიმიურ მახასიათებლებზე. მაგალითად, ლითონის მავთულის წინააღმდეგობა იზრდება მისი სიგრძის მატებასთან ერთად და მცირდება კვეთის ფართობის გაფართოებით. პრობლემის გადაჭრისას, თუ როგორ უნდა შემცირდეს წინააღმდეგობა, ფიზიკა გვირჩევს სპეციალიზებული მასალების გამოყენებას.

მიმდინარე სამუშაო

ჯოულ-ლენცის კანონის შესაბამისად, გამტარებში გამოთავისუფლებული სითბოს რაოდენობა წინააღმდეგობის პროპორციულია. თუ სითბოს რაოდენობა აღვნიშნავთ Q ext. , დენის სიძლიერე I, მისი დინების დრო t, მაშინ მივიღებთ:

• Q int. = I 2 r t,

სადაც r არის დენის წყაროს შიდა წინააღმდეგობა.

მთელ წრეში, როგორც შიდა, ასევე გარე ნაწილების ჩათვლით, გამოიყოფა სითბოს მთლიანი რაოდენობა, რომლის ფორმულა არის:

• Q სულ \u003d I 2 r t + I 2 R t \u003d I 2 (r + R) t,

ცნობილია, თუ როგორ აღინიშნება წინააღმდეგობა ფიზიკაში: გარე წრედს (ყველა ელემენტს წყაროს გარდა) აქვს წინააღმდეგობა R.

ომის კანონი სრული წრედისთვის

ჩვენ გავითვალისწინებთ, რომ ძირითად სამუშაოს ასრულებენ გარე ძალები მიმდინარე წყაროს შიგნით. მისი მნიშვნელობა უდრის ველის მიერ გადატანილი მუხტის ნამრავლს და წყაროს ელექტრომამოძრავებელ ძალას:

• q E = I 2 (r + R) t.

იმის გაცნობიერებით, რომ მუხტი უდრის დენის სიძლიერის ნამრავლს და მისი დინების დროს, გვაქვს:

• E = I (r + R).

მიზეზ-შედეგობრივი კავშირების შესაბამისად, ოჰმის კანონს აქვს ფორმა:

• I = E: (r + R).

დახურულ წრეში, ის პირდაპირპროპორციულია დენის წყაროს EMF-ის და უკუპროპორციულია მიკროსქემის მთლიანი (მთლიანი) წინააღმდეგობისა.

ამ ნიმუშის საფუძველზე შესაძლებელია მიმდინარე წყაროს შიდა წინააღმდეგობის დადგენა.

წყაროს გამტარუნარიანობა

გამონადენის სიმძლავრე ასევე შეიძლება მიეკუთვნებოდეს წყაროების ძირითად მახასიათებლებს. ექსპლუატაციის დროს მიღებული ელექტროენერგიის მაქსიმალური რაოდენობა გარკვეულ პირობებში დამოკიდებულია გამონადენის სიძლიერეზე.

იდეალურ შემთხვევაში, როდესაც ხდება გარკვეული მიახლოებები, გამონადენის სიმძლავრე შეიძლება ჩაითვალოს მუდმივი.

მაგალითად, სტანდარტულ ბატარეას პოტენციური სხვაობით 1.5 V აქვს გამონადენის სიმძლავრე 0.5 Ah. თუ გამონადენი დენი არის 100 mA, მაშინ ის მუშაობს 5 საათის განმავლობაში.

ბატარეის დატენვის მეთოდები

ბატარეების გამოყენება იწვევს მათ გამონადენს. მცირე ზომის ელემენტების დატენვა ხორციელდება დენის გამოყენებით, რომლის სიძლიერის მნიშვნელობა არ აღემატება წყაროს სიმძლავრის მეათედს.

შემოთავაზებულია დატენვის შემდეგი მეთოდები:

• მუდმივი დენის გამოყენება განსაზღვრული დროით (დაახლოებით 16 საათი ბატარეის ტევადობის 0.1 დენით);
• დამუხტვა დასაწევი დენით პოტენციური სხვაობის მოცემულ მნიშვნელობამდე;
• ასიმეტრიული დენების გამოყენება;
• დამუხტვისა და განმუხტვის მოკლე იმპულსების თანმიმდევრული გამოყენება, რომლებშიც პირველის დრო აჭარბებს მეორის დროს.

Პრაქტიკული სამუშაო

შემოთავაზებულია დავალება: დენის წყაროსა და EMF-ის შიდა წინააღმდეგობის დადგენა.

მის შესასრულებლად, თქვენ უნდა მოაწყოთ დენის წყარო, ამპერმეტრი, ვოლტმეტრი, სლაიდერი რიოსტატი, გასაღები, დირიჟორების ნაკრები.

გამოყენება განსაზღვრავს მიმდინარე წყაროს შიდა წინააღმდეგობას. ამისათვის თქვენ უნდა იცოდეთ მისი EMF, რეოსტატის წინააღმდეგობის მნიშვნელობა.

მიკროსქემის გარე ნაწილში მიმდინარე წინააღმდეგობის გაანგარიშების ფორმულა შეიძლება განისაზღვროს ოჰმის კანონით მიკროსქემის განყოფილებისთვის:

• I=U:R,

სადაც I არის დენის სიძლიერე წრედის გარე ნაწილში, გაზომილი ამმეტრით; U არის ძაბვა გარე წინააღმდეგობაზე.

სიზუსტის გასაუმჯობესებლად, გაზომვები ტარდება მინიმუმ 5-ჯერ. Რისთვის არის? ექსპერიმენტის დროს გაზომილი ძაბვა, წინააღმდეგობა, დენი (უფრო ზუსტად, დენის სიძლიერე) გამოიყენება შემდგომში.

დენის წყაროს EMF-ის დასადგენად, ჩვენ ვიყენებთ იმ ფაქტს, რომ მის ტერმინალებზე ძაბვა გახსნილი გასაღებით თითქმის ტოლია EMF-ს.

ჩვენ ავაწყობთ წრედს ბატარეისგან, რეოსტატიდან, ამპერმეტრიდან, სერიულად დაკავშირებული გასაღებისგან. ჩვენ ვაკავშირებთ ვოლტმეტრს მიმდინარე წყაროს ტერმინალებთან. გასაღების გახსნის შემდეგ, ჩვენ ვიღებთ მის კითხვებს.

შიდა წინააღმდეგობა, რომლის ფორმულა მიღებულია ოჰმის კანონით სრული წრედისთვის, განისაზღვრება მათემატიკური გამოთვლებით:

• I = E: (r + R).
• r = E: მე - უ: მე.

გაზომვები აჩვენებს, რომ შიდა წინააღმდეგობა გაცილებით ნაკლებია, ვიდრე გარე.

ფართოდ გამოიყენება აკუმულატორებისა და ბატარეების პრაქტიკული ფუნქცია. ელექტროძრავების უდავო გარემოსდაცვითი უსაფრთხოება ეჭვგარეშეა, მაგრამ ტევადი, ერგონომიული ბატარეის შექმნა თანამედროვე ფიზიკის პრობლემაა. მისი გადაწყვეტა გამოიწვევს საავტომობილო ტექნოლოგიების განვითარების ახალ რაუნდს.

მცირე, მსუბუქი, მაღალი ტევადობის ბატარეები ასევე აუცილებელია მობილურ ელექტრონულ მოწყობილობებში. მათში გამოყენებული ენერგიის რაოდენობა პირდაპირ კავშირშია მოწყობილობების მუშაობასთან.

მიზანი: ამპერმეტრისა და ვოლტმეტრის გამოყენებით EMF და დენის წყაროს შიდა წინააღმდეგობის გაზომვის მეთოდის შესწავლა.

აღჭურვილობა: ლითონის ტაბლეტი, დენის წყარო, ამპერმეტრი, ვოლტმეტრი, რეზისტორი, გასაღები, დამჭერები, დამაკავშირებელი მავთულები.

EMF-ისა და დენის წყაროს შიდა წინააღმდეგობის გასაზომად, აწყობილია ელექტრული წრე, რომლის წრე ნაჩვენებია სურათზე 1.

ამპერმეტრი, წინააღმდეგობა და სერიულად დაკავშირებული გასაღები დაკავშირებულია მიმდინარე წყაროსთან. გარდა ამისა, ვოლტმეტრი ასევე უკავშირდება პირდაპირ წყაროს გამომავალ სოკეტებს.

EMF იზომება ვოლტმეტრის წაკითხვით, რომელსაც აქვს გახსნილი გასაღები. EMF-ის განსაზღვრის ეს ტექნიკა ეფუძნება Ohm-ის კანონის შედეგს სრული წრედისთვის, რომლის მიხედვითაც, გარე წრედის უსასრულოდ დიდი წინააღმდეგობით, წყაროს ტერმინალებზე ძაბვა უდრის მის EMF-ს. (იხ. სახელმძღვანელოს „ფიზიკა 10“ პუნქტი „ომის კანონი სრული წრედისთვის“).

წყაროს შიდა წინააღმდეგობის დასადგენად დახურულია გასაღები K. ამ შემთხვევაში წრედში პირობითად შეიძლება გამოიყოს ორი განყოფილება: გარე (ის, რომელიც დაკავშირებულია წყაროსთან) და შიდა (ის, რომელიც არის დენის შიგნით. წყარო). ვინაიდან წყაროს EMF უდრის მიკროსქემის შიდა და გარე მონაკვეთებში ძაბვის ვარდნის ჯამს:

ε = Uრ+Uრ, მაშინUრ = ε -ურ (1)

ოჰმის კანონის მიხედვით ჯაჭვის მონაკვეთისთვის U r = I · r(2). ტოლობის (2) ჩანაცვლებით (1)-ით მივიღებთ:

მე· რ = ε - Uრ , საიდანაც რ = (ε - Uრ)/ ჯ

ამიტომ, დენის წყაროს შიდა წინააღმდეგობის გასარკვევად, ჯერ უნდა განვსაზღვროთ მისი EMF, შემდეგ დახუროთ გასაღები და გავზომოთ ძაბვის ვარდნა გარე წინააღმდეგობაზე, ისევე როგორც მასში მიმდინარე სიძლიერე.

სამუშაო პროცესი

1. მოამზადეთ ცხრილი გაზომვებისა და გამოთვლების შედეგების ჩასაწერად:

ε ,ში	U რ , ბ	მე, ა	რ , ოჰ

დახაზეთ თქვენს ნოუთბუქში დიაგრამა EMF-ის და წყაროს შიდა წინააღმდეგობის გასაზომად.

მიკროსქემის შემოწმების შემდეგ აკრიფეთ ელექტრული წრე. გახსენით გასაღები.

გაზომეთ წყაროს EMF მნიშვნელობა.

დახურეთ გადამრთველი და წაიკითხეთ ამმეტრის და ვოლტმეტრის ჩვენებები.

გამოთვალეთ წყაროს შიდა წინააღმდეგობა.

1. ემფ-ის და დენის წყაროს შიდა წინააღმდეგობის განსაზღვრა გრაფიკული მეთოდით

მიზანი: დენის წყაროს EMF-ის, შიდა წინაღობისა და მოკლე შერთვის დენის გაზომვების შესწავლა, წყაროს გამომავალზე ძაბვის დამოკიდებულების გრაფიკის ანალიზის საფუძველზე წრეში მიმდინარე სიძლიერეზე.

აღჭურვილობა: გალვანური უჯრედი, ამპერმეტრი, ვოლტმეტრი, რეზისტორი რ 1 , ცვლადი რეზისტორი, გასაღები, დამჭერები, ლითონის ფირფიტა, დამაკავშირებელი მავთულები.

სრული მიკროსქემის შესახებ ომის კანონიდან გამომდინარეობს, რომ დენის წყაროს გამომავალზე ძაბვა დამოკიდებულია წრეში მიმდინარე სიძლიერის პირდაპირპროპორციულად:

ვინაიდან I \u003d E / (R + r), შემდეგ IR + Ir \u003d E, მაგრამ IR \u003d U, საიდანაც U + Ir \u003d E ან U \u003d E - Ir (1).

თუ თქვენ ააგებთ U-ის I-ზე დამოკიდებულების გრაფიკს, მაშინ მისი გადაკვეთის წერტილებით კოორდინატთა ღერძებით შეგიძლიათ განსაზღვროთ E, I K.Z. - მოკლე ჩართვის დენის სიძლიერე (დენი, რომელიც შემოვა წყაროს წრეში, როდესაც გარე წინააღმდეგობა R გახდება ნულის ტოლი).

EMF განისაზღვრება გრაფიკის გადაკვეთის წერტილით დაძაბულობის ღერძთან. გრაფიკის ეს წერტილი შეესაბამება წრედის მდგომარეობას, რომელშიც არ არის დენი და, შესაბამისად, U = E.

მოკლე ჩართვის დენის სიძლიერე განისაზღვრება გრაფიკის გადაკვეთის წერტილით მიმდინარე ღერძთან. ამ შემთხვევაში, გარე წინააღმდეგობა R = 0 და, შესაბამისად, ძაბვა წყაროს გამომავალზე U = 0.

წყაროს შიდა წინააღმდეგობა გვხვდება გრაფიკის დახრილობის ტანგენტით მიმდინარე ღერძთან მიმართებაში. (შეადარეთ ფორმულა (1) Y = AX + B ფორმის მათემატიკურ ფუნქციას და დაიმახსოვრე X-ის კოეფიციენტის მნიშვნელობა).

სამუშაო პროცესი

გაზომვის შედეგების ჩასაწერად მოამზადეთ ცხრილი:

1. მასწავლებლის მიერ სქემის შემოწმების შემდეგ აკრიფეთ ელექტრული წრე. დააყენეთ ცვლადი რეზისტორის სლაიდერი იმ პოზიციაზე, სადაც დენის წყაროსთან დაკავშირებული მიკროსქემის წინააღმდეგობა იქნება მაქსიმალური.

განსაზღვრეთ დენის მნიშვნელობა წრედში და ძაბვა წყაროს ტერმინალებზე ცვლადი რეზისტორის მაქსიმალური წინააღმდეგობის მნიშვნელობისას. შეიყვანეთ გაზომვის მონაცემები ცხრილში.

გაიმეორეთ დენის და ძაბვის გაზომვები რამდენჯერმე, ყოველ ჯერზე შეამცირეთ ცვლადი წინააღმდეგობის მნიშვნელობა ისე, რომ წყაროს ტერმინალებზე ძაბვა შემცირდეს 0,1 ვ-ით. შეწყვიტე გაზომვა, როდესაც წრეში დენი მიაღწევს 1A-ს.

ექსპერიმენტში მიღებული ქულები დახაზეთ გრაფიკზე. დახაზეთ ძაბვა ვერტიკალურ ღერძზე და დენი ჰორიზონტალურ ღერძზე. დახაზეთ სწორი ხაზი წერტილებში.

გააგრძელეთ გრაფიკი კვეთამდე კოორდინატთა ღერძებით და განსაზღვრეთ E და, I K.Z მნიშვნელობები.

გაზომეთ წყაროს EMF ვოლტმეტრის მიერთებით მის ტერმინალებთან ღია გარე წრედით. შეადარეთ ორი მეთოდით მიღებული EMF მნიშვნელობები და მიუთითეთ შედეგების შესაძლო შეუსაბამობის მიზეზი.

განსაზღვრეთ დენის წყაროს შიდა წინააღმდეგობა. ამისათვის გამოთვალეთ აგებული გრაფიკის დახრილობის ტანგენსი მიმდინარე ღერძზე. ვინაიდან მართკუთხა სამკუთხედში კუთხის ტანგენსი უდრის მოპირდაპირე ფეხის შეფარდებას მეზობელთან, ეს პრაქტიკულად შეიძლება გაკეთდეს E/I K.Z შეფარდების პოვნის გზით.

წყარო არის მოწყობილობა, რომელიც გარდაქმნის ენერგიის მექანიკურ, ქიმიურ, თერმულ და სხვა ფორმებს ელექტრო ენერგიად. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, წყარო არის აქტიური ქსელის ელემენტი, რომელიც შექმნილია ელექტროენერგიის გამომუშავებისთვის. ელექტრო ქსელში არსებული სხვადასხვა ტიპის წყაროებია ძაბვის წყაროები და დენის წყაროები. ეს ორი კონცეფცია ელექტრონიკაში განსხვავდება ერთმანეთისგან.

DC ძაბვის წყარო

ძაბვის წყარო არის მოწყობილობა ორპოლუსიანი, მისი ძაბვა ნებისმიერ დროს მუდმივია და მასში გამავალ დენს არანაირი ეფექტი არ აქვს. ასეთი წყარო იდეალური იქნება, რომელსაც აქვს ნულოვანი შიდა წინააღმდეგობა. პრაქტიკული თვალსაზრისით, მისი მიღება შეუძლებელია.

ძაბვის წყაროს უარყოფით პოლუსზე გროვდება ელექტრონების ჭარბი რაოდენობა, დადებით პოლუსზე - მათი დეფიციტი. პოლუსების მდგომარეობას ინარჩუნებს წყაროს შიგნით მიმდინარე პროცესები.

ბატარეები

ბატარეები ინახავს ქიმიურ ენერგიას შინაგანად და შეუძლიათ მისი გადაქცევა ელექტრო ენერგიად. ბატარეების დატენვა შეუძლებელია, რაც მათი მინუსია.

ბატარეები

ბატარეები არის დატენვის ბატარეები. დატენვისას ელექტრო ენერგია ინახება შინაგანად ქიმიური ენერგიის სახით. გადმოტვირთვისას ქიმიური პროცესი საპირისპირო მიმართულებით მიმდინარეობს და ელექტრული ენერგია გამოიყოფა.

მაგალითები:

1. ტყვიის მჟავა ბატარეის უჯრედი. იგი მზადდება ტყვიის ელექტროდებისა და ელექტროლიტური სითხისგან გოგირდმჟავას სახით, რომელიც განზავებულია გამოხდილი წყლით. ძაბვა ერთ უჯრედზე არის დაახლოებით 2 ვ. მანქანის ბატარეებში ექვსი უჯრედი ჩვეულებრივ დაკავშირებულია სერიულ წრეში, გამომავალ ტერმინალებზე მიღებული ძაბვა არის 12 ვ;

1. ნიკელ-კადმიუმის ბატარეები, უჯრედის ძაბვა - 1,2 ვ.

Მნიშვნელოვანი!დაბალი დენის დროს, ბატარეები და აკუმულატორები შეიძლება ჩაითვალოს, როგორც კარგი მიახლოება იდეალური ძაბვის წყაროებთან.

AC ძაბვის წყარო

ელექტროენერგია იწარმოება ელექტროსადგურებზე გენერატორების დახმარებით და ძაბვის რეგულირების შემდეგ გადაეცემა მომხმარებელს. 220 ვ სახლის ქსელის ალტერნატიული ძაბვა სხვადასხვა ელექტრონული მოწყობილობების ელექტრომომარაგებაში ადვილად გარდაიქმნება დაბალ ინდიკატორად ტრანსფორმატორების გამოყენებისას.

მიმდინარე წყარო

ანალოგიით, როგორც იდეალური ძაბვის წყარო ქმნის მუდმივ ძაბვას გამოსავალზე, დენის წყაროს ამოცანაა მუდმივი დენის მნიშვნელობის მიცემა, საჭირო ძაბვის ავტომატურად კონტროლი. მაგალითებია დენის ტრანსფორმატორები (მეორადი გრაგნილი), ფოტოცელები, ტრანზისტორების კოლექტორის დენები.

ძაბვის წყაროს შიდა წინააღმდეგობის გაანგარიშება

რეალურ ძაბვის წყაროებს აქვთ საკუთარი ელექტრული წინააღმდეგობა, რომელსაც "შიდა წინააღმდეგობა" ეწოდება. წყაროს გამოსავალთან დაკავშირებულ დატვირთვას მოიხსენიებენ როგორც "გარე წინააღმდეგობას" - რ.

ბატარეის ნაკრები წარმოქმნის EMF-ს:

ε = E/Q, სადაც:

• E - ენერგია (J);
• Q - მუხტი (C).

ბატარეის უჯრედის ჯამური ემფ არის მისი ღია წრედის ძაბვა, როდესაც არ არის დატვირთვა. მისი კონტროლი კარგი სიზუსტით შესაძლებელია ციფრული მულტიმეტრით. ბატარეის გამომავალ კონტაქტებზე გაზომილი პოტენციური სხვაობა, როდესაც ის დაკავშირებულია დატვირთვის რეზისტორთან, ნაკლები იქნება მის ძაბვაზე, როდესაც წრე ღიაა, იმის გამო, რომ დენი მიედინება დატვირთვის გარედან და წყაროს შიდა წინააღმდეგობაზე. ეს იწვევს მასში ენერგიის გაფანტვას თერმული გამოსხივების სახით.

ქიმიური ბატარეის შიდა წინააღმდეგობა არის ომის ნაწილსა და რამდენიმე ომს შორის და ძირითადად დაკავშირებულია ბატარეაში გამოყენებული ელექტროლიტური მასალების წინააღმდეგობასთან.

თუ R წინააღმდეგობის მქონე რეზისტორი უკავშირდება ბატარეას, დენი წრეში არის I = ε/(R + r).

შიდა წინააღმდეგობა არ არის მუდმივი მნიშვნელობა. მასზე გავლენას ახდენს ბატარეის ტიპი (ტუტე, ტყვია-მჟავა და ა.შ.) და იცვლება დატვირთვის ღირებულების, ტემპერატურისა და ბატარეის ასაკის მიხედვით. მაგალითად, ერთჯერადი ბატარეებში, შიდა წინააღმდეგობა იზრდება გამოყენების დროს და, შესაბამისად, ძაბვა ეცემა, სანამ არ მიაღწევს შემდგომი გამოყენებისთვის შეუფერებელ მდგომარეობას.

თუ წყაროს EMF არის წინასწარ განსაზღვრული მნიშვნელობა, წყაროს შიდა წინააღმდეგობა განისაზღვრება დატვირთვის რეზისტორში გამავალი დენის გაზომვით.

1. იმის გამო, რომ სავარაუდო წრეში შიდა და გარე წინააღმდეგობა დაკავშირებულია სერიაში, Ohm-ისა და Kirchhoff-ის კანონები შეიძლება გამოყენებულ იქნას ფორმულის გამოსაყენებლად:

1. ამ გამოთქმიდან r = ε/I - რ.

მაგალითი.ბატარეა, რომელსაც აქვს ცნობილი EMF ε = 1,5 ვ, სერიულად უკავშირდება ნათურს. ნათურაზე ძაბვის ვარდნა არის 1.2 ვ. ამიტომ, ელემენტის შიდა წინააღმდეგობა ქმნის ძაბვის ვარდნას: 1.5 - 1.2 \u003d 0.3 ვ. წრეში მავთულის წინააღმდეგობა ითვლება უმნიშვნელოდ, ნათურის წინააღმდეგობა არის უცნობი. გაზომილი დენი, რომელიც გადის წრედში: I \u003d 0.3 A. აუცილებელია ბატარეის შიდა წინააღმდეგობის დადგენა.

1. ომის კანონის თანახმად, ნათურის წინააღმდეგობა არის R \u003d U / I \u003d 1.2 / 0.3 \u003d 4 Ohms;
2. ახლა, შიდა წინააღმდეგობის გაანგარიშების ფორმულის მიხედვით, r \u003d ε / I - R \u003d 1.5 / 0.3 - 4 \u003d 1 Ohm.

მოკლე ჩართვის შემთხვევაში, გარე წინააღმდეგობა ეცემა თითქმის ნულამდე. დენი შეიძლება შეიზღუდოს მხოლოდ მცირე წყაროს წინააღმდეგობით. ასეთ ვითარებაში წარმოქმნილი დენი იმდენად მაღალია, რომ დენის თერმული ეფექტით შესაძლოა დაზიანდეს ძაბვის წყარო და არსებობს ხანძრის გაჩენის საფრთხე. ხანძრის საშიშროების თავიდან აცილება ხდება საკრავების დაყენებით, მაგალითად, მანქანის ბატარეის სქემებში.

ძაბვის წყაროს შიდა წინააღმდეგობა მნიშვნელოვანი ფაქტორია, როდესაც გადაწყვეტთ, თუ როგორ მივაწოდოთ ყველაზე ეფექტური ენერგია დაკავშირებულ ელექტრო მოწყობილობას.

Მნიშვნელოვანი!მაქსიმალური სიმძლავრის გადაცემა ხდება მაშინ, როდესაც წყაროს შიდა წინააღმდეგობა უდრის დატვირთვის წინააღმდეგობას.

ამასთან, ამ პირობით, P \u003d I² x R ფორმულის დამახსოვრებისას, ენერგიის იდენტური რაოდენობა ეძლევა დატვირთვას და იშლება თავად წყაროში, ხოლო მისი ეფექტურობა მხოლოდ 50% -ს შეადგენს.

დატვირთვის მოთხოვნები გულდასმით უნდა იყოს გათვალისწინებული, რათა გადაწყვიტოს წყაროს საუკეთესო გამოყენება. მაგალითად, ტყვიის მჟავა მანქანის ბატარეამ უნდა უზრუნველყოს მაღალი დენები შედარებით დაბალ ძაბვაზე 12 ვ. მისი დაბალი შიდა წინააღმდეგობა ამის საშუალებას იძლევა.

ზოგიერთ შემთხვევაში, მაღალი ძაბვის დენის წყაროს უნდა ჰქონდეს უკიდურესად მაღალი შიდა წინააღმდეგობა, რათა შეზღუდოს მოკლე ჩართვის დენი.

მიმდინარე წყაროს შიდა წინააღმდეგობის მახასიათებლები

იდეალურ დენის წყაროს აქვს უსასრულო წინააღმდეგობა, მაგრამ ნამდვილი წყაროებისთვის შეიძლება წარმოიდგინოთ სავარაუდო ვერსია. ეკვივალენტური წრე არის წინააღმდეგობა, რომელიც დაკავშირებულია წყაროსთან პარალელურად და გარე წინააღმდეგობა.

დენის წყაროდან გამომავალი დენი ნაწილდება შემდეგნაირად: დენის ნაწილი გადის უმაღლესი შიდა წინააღმდეგობისა და დაბალი დატვირთვის წინააღმდეგობის გავლით.

გამომავალი დენი იქნება დენების ჯამიდან შიდა წინააღმდეგობაზე და დატვირთვაზე Io \u003d Ir + Ivn.

გამოდის:

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

ეს დამოკიდებულება აჩვენებს, რომ როდესაც დენის წყაროს შიდა წინააღმდეგობა იზრდება, მით უფრო მცირდება მასზე დენი და დატვირთვის რეზისტორი იღებს დენის უმეტეს ნაწილს. საინტერესოა, რომ ძაბვა არ იმოქმედებს მიმდინარე მნიშვნელობაზე.

რეალური წყაროს გამომავალი ძაბვა:

Uout \u003d I x (R x r) / (R + R) \u003d I x R / (1 + R / r). შეაფასეთ ეს სტატია:

მიზანი: ექსპერიმენტულად გამოთვალეთ EMF და დენის წყაროს შიდა წინააღმდეგობა.

აღჭურვილობა: ელექტროენერგიის წყარო, ამპერმეტრი, ვოლტმეტრი, რეოსტატი (6 - 8 Ohm), გასაღები, დამაკავშირებელი მავთულები.

მნიშვნელობას, რომელიც რიცხობრივად ტოლია გარე ძალების მიერ შესრულებულ სამუშაოს, როდესაც ერთეული მუხტი დენის წყაროს შიგნით გადაადგილდება, ეწოდება დენის წყაროს ელექტრომოძრავი ძალა. ε, ომის კანონიდან:

სადაც I არის დენის სიძლიერე, U არის ძაბვა.

SI-ში ε გამოხატულია ვოლტებში (V).

ელექტროძრავის ძალა და დენის წყაროს შიდა წინააღმდეგობა შეიძლება განისაზღვროს ექსპერიმენტულად.

სამუშაო შეკვეთა

1. განსაზღვრეთ საზომი ხელსაწყოების სასწორის დაყოფის ფასი.

2. შეადგინეთ ელექტრული წრე ნახ. ერთი

3. მასწავლებლის მიერ მიკროსქემის შემოწმების შემდეგ დახურეთ გასაღები და რეოსტატის გამოყენებით დააყენეთ დენის სიძლიერე ამმეტრის სკალის რამდენიმე განყოფილების შესაბამისი, აიღეთ ვოლტმეტრისა და ამმეტრის ჩვენებები.

4. გაიმეორეთ ექსპერიმენტი 2-ჯერ, შეცვალეთ წრედის დენის სიძლიერე რეოსტატის გამოყენებით.

5. მიღებული მონაცემები ჩაწერეთ ცხრილში 1.

სურათი 4.10 - ექსპერიმენტული სქემა

№	ძაბვა წრედის გარე ნაწილზე U, V	დენი წრეში I, A	შიდა წინააღმდეგობა r, Ohm	შიდა წინააღმდეგობის საშუალო მნიშვნელობა r cf, Ohm	EMF e, ვ	საშუალო EMF e c p, V

ცხრილი 1 - ექსპერიმენტული მონაცემები

1. გაზომვის შედეგები ჩაანაცვლეთ 1 განტოლებით და გადაჭრით განტოლებათა სისტემების:

განსაზღვრეთ წყაროს შიდა წინააღმდეგობა ფორმულების გამოყენებით:

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. ჩაწერეთ მონაცემები ცხრილში 1.

5. გააკეთე დასკვნა.

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ტესტის კითხვები

1. რა არის ელექტრული წინააღმდეგობის ფიზიკური არსი?

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. რა როლი აქვს დენის წყაროს ელექტრულ წრეში?

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. რა არის EMF-ის ფიზიკური მნიშვნელობა? განსაზღვრეთ ვოლტი.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. რა განსაზღვრავს ძაბვას დენის წყაროს ტერმინალებზე?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. ჩატარებული გაზომვების შედეგების გამოყენებით განსაზღვრეთ გარე წრედის წინაღობა.

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ლაბორატორიის ანგარიში No. __________

ჯგუფის მოსწავლე _________________

ᲡᲠᲣᲚᲘ ᲡᲐᲮᲔᲚᲘ_______________________________________________________________

თემა: ინკანდესენტური ნათურის ელექტრული დენის სიმძლავრის ძაბვაზე დამოკიდებულების შესწავლა

მიზანი: დაეუფლონ ელექტრომოწყობილობის მიერ მოხმარებული სიმძლავრის გაზომვის მეთოდს, დენის და ძაბვის გაზომვის საფუძველზე; გამოიკვლიოს ნათურის მიერ მოხმარებული სიმძლავრის დამოკიდებულება მის ტერმინალებზე არსებულ ძაბვაზე; გამოიკვლიეთ გამტარის წინააღმდეგობის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე.

აღჭურვილობა: ელექტრო ნათურა, მუდმივი და ცვლადი ძაბვის წყარო, მოცურების რეოსტატი, ამპერმეტრი; ვოლტმეტრი, გასაღები, დამაკავშირებელი სადენები, გრაფიკული ქაღალდი.

მოკლე თეორიული ინფორმაცია

მნიშვნელობას, რომელიც ტოლია A დენის მუშაობის თანაფარდობას t დროსთან, რომლისთვისაც იგი შესრულებულია, ეწოდება სიმძლავრე P:

აქედან გამომდინარე, (1)

სამუშაო შეკვეთა

ექსპერიმენტი #1

1. შექმენით ელექტრული წრე 1-ზე ნაჩვენები სქემის მიხედვით, ნულოვანი გამოცდილებისთვის, მოწყობილობების პოლარობის დაკვირვებით.

სურათი 1 - გაყვანილობის დიაგრამა

2. განსაზღვრეთ საზომი ხელსაწყოების სასწორის გაყოფის ფასი

_____________________________________________________________________________

3. მასწავლებლის მიერ წრედის შემოწმების შემდეგ აიღეთ ძაბვის U და დენის I ჩვენებები.

4. მოწყობილობების მონაცემები ჩაწერეთ ცხრილში 1.

ცხრილი 1 - ექსპერიმენტული მონაცემები No1

ექსპერიმენტი #2

1. აკრიფეთ წრე ნახ.2-ის მიხედვით, სადაც ნათურა რიოსტატის მეშვეობით უკავშირდება ალტერნატიულ დენს.

სურათი 4.12 - გაყვანილობის დიაგრამა

2. მასწავლებლის მიერ მიკროსქემის შემოწმების შემდეგ აიღეთ ამპერმეტრის და ვოლტმეტრის ჩვენებები სლაიდერის პოზიციის შეცვლით რიოსტატზე 10 - 11-ჯერ.

3. ჩაწერეთ მოწყობილობების მონაცემები ცხრილში 2.

ცხრილი 2 - ექსპერიმენტული მონაცემები No2

გაზომვის შედეგების დამუშავება

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. იპოვე წინააღმდეგობა R0ნულოვანი გამოცდილებისთვის:

(5)

სადაც ΔT 0 K არის აბსოლუტური ტემპერატურის ცვლილება (ამ შემთხვევაში ის ტოლია ოთახის ტემპერატურაზე ცელსიუსის შკალაზე); α არის ვოლფრამის ტემპერატურის წინააღმდეგობის კოეფიციენტი (დანართი B).

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. მიღებული მონაცემები ჩაწერეთ ცხრილში 1.

ექსპერიმენტი #2

1. თითოეული ექსპერიმენტისთვის განსაზღვრეთ ნათურის მიერ მოხმარებული P სიმძლავრე ფორმულის მიხედვით:

P \u003d U max I max (6)

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. იპოვეთ ნათურის ძაფის ტემპერატურა თითოეული ექსპერიმენტისთვის ფორმულის გამოყენებით:

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. გაზომვებისა და გამოთვლების შედეგები ჩაწერეთ ცხრილში 2.

5. გრაფიკულ ქაღალდზე დახაზეთ გრაფიკები: ა) ნათურის მიერ მოხმარებული P სიმძლავრის დამოკიდებულება მის დამჭერებზე U ძაბვაზე; ბ) R წინააღმდეგობის დამოკიდებულება T ტემპერატურაზე.

6. ორი ცდის შედეგების საფუძველზე გააკეთეთ დასკვნა.

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ტესტის კითხვები

1. რა ფიზიკური მნიშვნელობა აქვს ძაბვას ელექტრული წრედის მონაკვეთში?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. როგორ განვსაზღვროთ დენის სიმძლავრე ამპერმეტრისა და ვოლტმეტრის გამოყენებით?

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. რა მიზნებისთვის გამოიყენება ვატმეტრი. როგორ არის დაკავშირებული წრედთან?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. როგორ შეიცვლება ლითონის გამტარის წინაღობა ტემპერატურის მატებასთან ერთად?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. რით განსხვავდება 100 ვტ ინკანდესენტური ნათურის სპირალი 25 ვატიანი ნათურის სპირალისგან?

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________