Na koncoch vodiča a tým aj prúdu je potrebné mať vonkajšie sily neelektrickej povahy, pomocou ktorých dochádza k oddeľovaniu elektrických nábojov.
Sily tretích strán nazývajú sa akékoľvek sily pôsobiace na elektricky nabité častice v obvode, s výnimkou elektrostatických (t. j. Coulomb).
Sily tretích strán uviedli do pohybu nabité častice vo všetkých zdrojoch prúdu: v generátoroch, v elektrárňach, v galvanických článkoch, batériách atď.
Keď je obvod uzavretý, vo všetkých vodičoch obvodu vzniká elektrické pole. Vo vnútri zdroja prúdu sa náboje pohybujú pôsobením vonkajších síl proti Coulombovým silám (elektróny sa pohybujú z kladne nabitej elektródy na zápornú) a vo zvyšku obvodu sú poháňané elektrickým poľom (pozri obrázok vyššie). ).
V súčasných zdrojoch sa v procese separácie nabitých častíc rôzne druhy energie premieňajú na elektrickú energiu. Podľa typu premenenej energie sa rozlišujú tieto typy elektromotorickej sily:
- elektrostatický- v elektrofore, v ktorom sa mechanická energia premieňa na elektrickú energiu počas trenia;
- termoelektrický- v termočlánku sa vnútorná energia vyhrievaného spoja dvoch drôtov vyrobených z rôznych kovov premieňa na elektrickú energiu;
- fotovoltaický— vo fotobunke. Tu sa svetelná energia premieňa na elektrickú energiu: keď sú niektoré látky osvetlené, napríklad selén, oxid meďnatý (I), kremík, pozoruje sa strata záporného elektrického náboja;
- chemický- v galvanických článkoch, batériách a iných zdrojoch, v ktorých sa chemická energia premieňa na elektrickú energiu.
Elektromotorická sila (EMF)- charakteristika prúdových zdrojov. Koncept EMF zaviedol G. Ohm v roku 1827 pre jednosmerné obvody. V roku 1857 Kirchhoff definoval EMF ako prácu vonkajších síl pri prenose jednotkového elektrického náboja pozdĺž uzavretého okruhu:
ɛ \u003d A st / q,
kde ɛ - EMF zdroja prúdu, A st- práca vonkajších síl, q je suma prevedeného poplatku.
Elektromotorická sila je vyjadrená vo voltoch.
Môžeme hovoriť o elektromotorickej sile v ktorejkoľvek časti obvodu. Ide o špecifickú prácu vonkajších síl (prácu pri pohybe jednotkového náboja) nie v celom okruhu, ale iba v tejto oblasti.
Vnútorný odpor zdroja prúdu.
Nech existuje jednoduchý uzavretý obvod pozostávajúci zo zdroja prúdu (napríklad galvanického článku, batérie alebo generátora) a odporu s odporom R. Prúd v uzavretom okruhu nie je nikde prerušovaný, preto existuje aj vo vnútri zdroja prúdu. Akýkoľvek zdroj predstavuje určitý odpor voči prúdu. Volá sa vnútorný odpor zdroja prúdu a je označený písmenom r.
V generátore r- to je odpor vinutia, v galvanickom článku - odpor roztoku elektrolytu a elektród.
Prúdový zdroj je teda charakterizovaný hodnotami EMF a vnútorného odporu, ktoré určujú jeho kvalitu. Napríklad elektrostatické stroje majú veľmi vysoké EMF (až desiatky tisíc voltov), no zároveň je ich vnútorný odpor obrovský (až stovky Mohmov). Preto sú nevhodné na príjem vysokých prúdov. V galvanických článkoch je EMF len približne 1 V, ale vnútorný odpor je tiež malý (približne 1 ohm alebo menej). To im umožňuje prijímať prúdy merané v ampéroch.
Účel: experimentálne vypočítajte EMF a vnútorný odpor zdroja prúdu.
Vybavenie: zdroj elektrickej energie, ampérmeter, voltmeter, reostat (6 - 8 Ohm), kľúč, prepojovacie vodiče.
Hodnota, ktorá sa číselne rovná práci vykonanej vonkajšími silami pri pohybe jednotkového náboja vo vnútri zdroja prúdu, sa nazýva elektromotorická sila zdroja prúdu. ε, z Ohmovho zákona:
kde I je sila prúdu, U je napätie.
v SI ε vyjadrené vo voltoch (V).
Elektromotorickú silu a vnútorný odpor zdroja prúdu je možné určiť experimentálne.
Zákazka
1. Stanovte cenu rozdelenia stupnice meracích prístrojov.
2. Zostavte elektrický obvod podľa schémy znázornenej na obr. jeden
3. Po skontrolovaní obvodu učiteľom zatvorte kľúč a pomocou reostatu nastavte silu prúdu zodpovedajúcu niekoľkým dielikom ampérmetrovej stupnice, odčítajte hodnoty voltmetra a ampérmetra.
4. Experiment zopakujte 2-krát, pričom zmeňte prúdovú silu obvodu pomocou reostatu.
5. Zaznamenajte získané údaje do tabuľky 1.
Obrázok 4.10 - Experimentálna schéma
| № | Napätie na vonkajšej časti obvodu U, V | Prúd v obvode I, A | Vnútorný odpor r, Ohm | Priemerná hodnota vnútorného odporu r cf, Ohm | EMF e, V | Priemerná EMF e c p, V | ||
Tabuľka 1 - Experimentálne údaje
1. Dosaďte výsledky merania do rovnice 1 a pri riešení sústav rovníc:
určte vnútorný odpor zdroja pomocou vzorcov:
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
3. Zapíšte údaje do tabuľky 1.
5. Urobte záver.
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
testovacie otázky
1. Aká je fyzikálna podstata elektrického odporu?
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
2. Akú úlohu zohráva zdroj prúdu v elektrickom obvode?
___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
3. Aký je fyzikálny význam EMP? Definujte volt.
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
4. Čo určuje napätie na svorkách zdroja prúdu?
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
5. Pomocou výsledkov vykonaných meraní určte odpor vonkajšieho obvodu.
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Laboratórna správa č. __________
skupinový študent ____________________
CELÉ MENO_______________________________________________________________
TÉMA: ŠTÚDIA ZÁVISLOSTI VÝKONU ELEKTRICKÉHO PRÚDU ŽIAROVKY NA NAPÄTÍ
Účel: osvojiť si metódu merania výkonu spotrebovaného elektrickým spotrebičom na základe merania prúdu a napätia; preskúmať závislosť výkonu spotrebovaného žiarovkou od napätia na jej svorkách; skúmať závislosť odporu vodiča od teploty.
Vybavenie: elektrická lampa, zdroj jednosmerného a striedavého napätia, posuvný reostat, ampérmeter; voltmeter, kľúč, spojovacie vodiče, milimetrový papier.
Stručné teoretické informácie
Hodnota rovnajúca sa pomeru práce prúdu A k času t, počas ktorého sa vykonáva, sa nazýva výkon P:
v dôsledku toho 
(1)
Zákazka
Experiment č. 1
1. Vytvorte elektrický obvod podľa schémy znázornenej na obrázku 1, pre nulové skúsenosti, pričom dodržte polaritu zariadení
Obrázok 1 - Schéma zapojenia
2. Stanovte cenu delenia stupnice meracích prístrojov
_____________________________________________________________________________
3. Po kontrole obvodu učiteľom odčítajte napätie U a prúd I.
4. Zaznamenajte údaje o zariadeniach do tabuľky 1.
Tabuľka 1 - Experimentálne údaje č
Experiment č. 2
1. Zostavte obvod podľa obr. 2, kde je žiarovka pripojená na striedavý prúd cez reostat.
Obrázok 4.12 - Schéma zapojenia
2. Po skontrolovaní obvodu učiteľom odčítajte hodnoty ampérmetra a voltmetra tak, že 10 - 11-krát zmeníte polohu posúvača na reostate.
3. Zaznamenajte údaje o zariadeniach do tabuľky 2.
Tabuľka 2 - Experimentálne údaje č
Spracovanie výsledkov merania
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
2. Nájdite odpor R0, za nulové skúsenosti:
(5)
kde ΔT 0 K je zmena absolútnej teploty (v tomto prípade sa rovná izbovej teplote na stupnici Celzia); α je koeficient teplotnej odolnosti volfrámu (príloha B).
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
3. Zaznamenajte prijaté údaje do tabuľky 1.
Experiment č. 2
1. Pre každý experiment určte výkon P spotrebovaný lampou podľa vzorca:
P \u003d U max I max (6)
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
3. Nájdite teplotu vlákna žiarovky pre každý experiment pomocou vzorca:
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
4. Výsledky meraní a výpočtov zaznamenajte do tabuľky 2.
5. Na milimetrový papier nakreslite grafy: a) závislosť výkonu P spotrebovaného lampou od napätia U na jej svorkách; b) závislosť odporu R od teploty T.
6. Urobte záver na základe výsledkov dvoch experimentov.
___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
testovacie otázky
1. Aký fyzikálny význam má napätie v časti elektrického obvodu?
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
2. Ako určiť aktuálny výkon pomocou ampérmetra a voltmetra?
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
3. Na aké účely sa používa wattmeter. Ako je zapojený do okruhu?
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
4. Ako sa bude meniť odpor kovového vodiča so zvyšujúcou sa teplotou?
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
5. Ako sa líši špirála 100 W žiarovky od špirály 25 W?
___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
8.5. Tepelný účinok prúdu
8.5.1. Výkon zdroja prúdu
Celkový výkon zdroja prúdu:
P plné = P užitočné + P straty,
kde P je užitočný - užitočný výkon, P je užitočný \u003d I 2 R; P strata - strata výkonu, strata P = I 2 r ; I - sila prúdu v obvode; R - záťažový odpor (vonkajší obvod); r je vnútorný odpor zdroja prúdu.
Zdanlivý výkon možno vypočítať pomocou jedného z troch vzorcov:
P plné \u003d I 2 (R + r), P plné \u003d ℰ 2 R + r, P plné \u003d I ℰ,
kde ℰ je elektromotorická sila (EMF) zdroja prúdu.
Čistý výkon je výkon, ktorý sa uvoľní vo vonkajšom obvode, t.j. na záťaži (odpor) a môže byť použitý na nejaký účel.
Čistý výkon možno vypočítať pomocou jedného z troch vzorcov:
P užitočné \u003d I 2 R, P užitočné \u003d U 2 R, P užitočné \u003d IU,
kde I je prúd v obvode; U - napätie na svorkách (svorkách) zdroja prúdu; R - záťažový odpor (vonkajší obvod).
Stratový výkon je výkon, ktorý sa uvoľní v prúdovom zdroji, t.j. vo vnútornom okruhu a vynakladá sa na procesy prebiehajúce v samotnom zdroji; na nejaký iný účel nemožno použiť stratu výkonu.
Strata výkonu sa zvyčajne vypočíta podľa vzorca
P strata = I 2 r ,
kde I je prúd v obvode; r je vnútorný odpor zdroja prúdu.
V prípade skratu sa užitočný výkon zníži na nulu
P užitočné = 0,
pretože v prípade skratu nie je zaťažený odpor: R = 0.
Zdanlivý výkon v prípade skratu zdroja sa zhoduje so stratami výkonu a vypočíta sa podľa vzorca
P plné \u003d ℰ 2 r,
kde ℰ je elektromotorická sila (EMF) zdroja prúdu; r je vnútorný odpor zdroja prúdu.
Čistá sila má maximálna hodnota v prípade, keď sa odpor zaťaženia R rovná vnútornému odporu r zdroja prúdu:
R = r.
Maximálny užitočný výkon:
P užitočné max = 0,5 P plné,
kde P plný - plný výkon zdroja prúdu; P plné \u003d ℰ 2 / 2 r.
Explicitne vzorec na výpočet maximálny užitočný výkon nasledovne:
P užitočné max = ℰ 2 4 r .
Pre zjednodušenie výpočtov je užitočné zapamätať si dva body:
- ak s dvomi záťažovými odpormi R 1 a R 2 je v obvode pridelený rovnaký užitočný výkon, potom vnútorný odpor prúdový zdroj r súvisí s uvedenými odpormi podľa vzorca
r = R1R2;
- ak sa v obvode uvoľní maximálny užitočný výkon, potom je prúd I * v obvode dvakrát menší ako skratový prúd i:
ja * = i 2.
Príklad 15. Batéria článkov pri skratovaní na odpor 5,0 ohmov produkuje prúd 2,0 A. Skratový prúd batérie je 12 A. Vypočítajte maximálny užitočný výkon batérie.
Riešenie . Poďme analyzovať stav problému.
1. Keď je batéria pripojená k odporu R 1 = 5,0 Ohm, prúdi v obvode prúd I 1 = 2,0 A, ako je znázornené na obr. a , definovaný Ohmovým zákonom pre úplný reťazec:
I 1 \u003d ℰ R 1 + r,
kde ℰ je EMF zdroja prúdu; r je vnútorný odpor zdroja prúdu.
2. Pri skratovaní batérie preteká obvodom skratový prúd, ako je znázornené na obr. b. Sila skratového prúdu je určená vzorcom
kde i je skratový prúd, i = 12 A.
3. Keď je batéria pripojená k odporu R 2 \u003d r, prúdi v obvode prúd sily I 2, ako je znázornené na obr. v , definovaný Ohmovým zákonom pre úplný obvod:
I 2 \u003d ℰ R 2 + r \u003d ℰ 2 r;
v tomto prípade je v okruhu pridelený maximálny užitočný výkon:
P užitočné max \u003d I 2 2 R 2 \u003d I 2 2 r.
Na výpočet maximálneho užitočného výkonu je teda potrebné určiť vnútorný odpor zdroja prúdu r a silu prúdu I2.
Aby sme našli aktuálnu silu I 2, zapíšeme si sústavu rovníc:
i \u003d ℰ r, I 2 \u003d ℰ 2 r)
a vykonajte delenie rovníc:
i I 2 = 2.
To znamená:
I 2 \u003d i 2 \u003d 12 2 \u003d 6,0 A.
Aby sme našli vnútorný odpor zdroja r, zapíšeme si sústavu rovníc:
I 1 \u003d ℰ R 1 + r, i \u003d ℰ r)
a vykonajte delenie rovníc:
I'i = r R' + r.
To znamená:
r \u003d I 1 R 1 i - I 1 \u003d 2,0 ⋅ 5,0 12 - 2,0 \u003d 1,0 Ohm.
Vypočítajte maximálny užitočný výkon:
P užitočná max \u003d I 2 2 r \u003d 6,0 2 ⋅ 1,0 \u003d 36 W.
Maximálny užitočný výkon batérie je teda 36 wattov.
Zdroj je zariadenie, ktoré premieňa mechanickú, chemickú, tepelnú a niektoré iné formy energie na elektrickú energiu. Inými slovami, zdroj je aktívny sieťový prvok určený na výrobu elektriny. Rôzne typy zdrojov dostupných v elektrickej sieti sú zdroje napätia a zdroje prúdu. Tieto dva pojmy v elektronike sa navzájom líšia.
zdroj jednosmerného napätia
Zdroj napätia je zariadenie s dvoma pólmi, jeho napätie je v každom okamihu konštantné a prúd, ktorý ním prechádza, nemá žiadny vplyv. Ideálny by bol takýto zdroj s nulovým vnútorným odporom. V praxi sa to nedá získať.
Na negatívnom póle zdroja napätia sa hromadí prebytok elektrónov, na kladnom póle - ich deficit. Stavy pólov sú udržiavané procesmi vo vnútri zdroja.
Batérie
Batérie uchovávajú chemickú energiu vo vnútri a sú schopné ju premeniť na elektrickú energiu. Batérie sa nedajú dobíjať, čo je ich nevýhoda.
Batérie
Batérie sú nabíjateľné batérie. Pri nabíjaní sa elektrická energia ukladá vo vnútri vo forme chemickej energie. Pri vykladaní prebieha chemický proces opačným smerom a uvoľňuje sa elektrická energia.
Príklady:
- Olovený akumulátorový článok. Je vyrobený z olovených elektród a elektrolytickej kvapaliny vo forme kyseliny sírovej zriedenej destilovanou vodou. Napätie na článok je asi 2 V. V autobatériách je zvyčajne šesť článkov zapojených do sériového obvodu, na výstupných svorkách je výsledné napätie 12 V;
- Nikel-kadmiové batérie, napätie článku - 1,2 V.
Dôležité! Pri nízkych prúdoch možno batérie a akumulátory považovať za dobrú aproximáciu k ideálnym zdrojom napätia.
zdroj striedavého napätia
Elektrická energia sa vyrába v elektrárňach pomocou generátorov a po regulácii napätia sa prenáša k spotrebiteľovi. Striedavé napätie domácej siete 220 V v napájacích zdrojoch rôznych elektronických zariadení sa pri použití transformátorov ľahko prevedie na nižší indikátor.
Aktuálny zdroj
Analogicky, keďže ideálny zdroj napätia vytvára na výstupe konštantné napätie, úlohou zdroja prúdu je poskytnúť konštantnú hodnotu prúdu, pričom automaticky riadi požadované napätie. Príkladom sú prúdové transformátory (sekundárne vinutie), fotobunky, kolektorové prúdy tranzistorov.
Výpočet vnútorného odporu zdroja napätia
Skutočné zdroje napätia majú svoj vlastný elektrický odpor, ktorý sa nazýva "vnútorný odpor". Záťaž pripojená na výstupy zdroja sa označuje ako "vonkajší odpor" - R.
Batéria generuje EMF:
ε = E/Q, kde:
- E - energia (J);
- Q - náboj (C).
Celkové emf článku batérie je napätie naprázdno, keď nie je zaťažené. Dá sa s dobrou presnosťou ovládať digitálnym multimetrom. Potenciálny rozdiel nameraný na výstupných kontaktoch batérie, keď je pripojená k zaťažovaciemu odporu, bude menší ako jej napätie, keď je obvod otvorený, v dôsledku prúdu pretekajúceho cez externú záťaž a cez vnútorný odpor zdroja. to vedie k rozptylu energie v ňom ako tepelného žiarenia.
Vnútorný odpor chemickej batérie je medzi zlomkom ohmov a niekoľkými ohmmi a súvisí hlavne s odporom elektrolytických materiálov použitých v batérii.
Ak je k batérii pripojený odpor s odporom R, prúd v obvode je I = ε/(R + r).
Vnútorný odpor nie je konštantná hodnota. Je ovplyvnená typom batérie (alkalická, olovená atď.) a mení sa v závislosti od hodnoty zaťaženia, teploty a veku batérie. Napríklad pri jednorazových batériách sa pri používaní zvyšuje vnútorný odpor a napätie preto klesá, až kým nedosiahne stav nevhodný na ďalšie použitie.
Ak je EMF zdroja vopred určená hodnota, vnútorný odpor zdroja je určený meraním prúdu pretekajúceho cez zaťažovací odpor.
- Pretože vnútorný a vonkajší odpor v približnom obvode sú zapojené do série, na aplikáciu vzorca možno použiť Ohmove a Kirchhoffove zákony:
- Z tohto výrazu r = ε/I - R.
Príklad. Batéria so známym EMF ε = 1,5 V je zapojená do série so žiarovkou. Pokles napätia na žiarovke je 1,2 V. Preto vnútorný odpor prvku vytvára pokles napätia: 1,5 - 1,2 \u003d 0,3 V. Odpor vodičov v obvode sa považuje za zanedbateľný, odpor žiarovky je neznáme. Nameraný prúd prechádzajúci obvodom: I \u003d 0,3 A. Je potrebné určiť vnútorný odpor batérie.
- Podľa Ohmovho zákona je odpor žiarovky R \u003d U / I \u003d 1,2 / 0,3 \u003d 4 Ohmy;
- Teraz, podľa vzorca na výpočet vnútorného odporu, r \u003d ε / I - R \u003d 1,5 / 0,3 - 4 \u003d 1 Ohm.
V prípade skratu klesne vonkajší odpor takmer na nulu. Prúd môže byť obmedzený len malým odporom zdroja. Prúd vznikajúci v takejto situácii je taký vysoký, že tepelným účinkom prúdu môže dôjsť k poškodeniu zdroja napätia a hrozí nebezpečenstvo požiaru. Riziku požiaru sa predchádza inštaláciou poistiek, napríklad v obvodoch autobatérií.
Vnútorný odpor zdroja napätia je dôležitým faktorom pri rozhodovaní o spôsobe dodania čo najefektívnejšieho výkonu do pripojeného elektrického spotrebiča.
Dôležité! Maximálny prenos výkonu nastáva vtedy, keď sa vnútorný odpor zdroja rovná odporu záťaže.
Za tejto podmienky, zapamätajúc si vzorec P \u003d I² x R, sa však rovnaké množstvo energie dostane do záťaže a rozptýli sa v samotnom zdroji a jej účinnosť je iba 50%.
Pri rozhodovaní o najlepšom využití zdroja je potrebné dôkladne zvážiť požiadavky na zaťaženie. Napríklad olovená autobatéria musí poskytovať vysoké prúdy pri relatívne nízkom napätí 12 V. Umožňuje jej to nízky vnútorný odpor.
V niektorých prípadoch musia mať vysokonapäťové napájacie zdroje extrémne vysoký vnútorný odpor, aby sa obmedzil skratový prúd.
Vlastnosti vnútorného odporu zdroja prúdu
Ideálny zdroj prúdu má nekonečný odpor, ale pre originálne zdroje si možno predstaviť približnú verziu. Ekvivalentný obvod je odpor pripojený paralelne k zdroju a externý odpor.
Prúdový výstup zo zdroja prúdu je rozdelený nasledovne: časť prúdu preteká cez najvyšší vnútorný odpor a cez malý odpor záťaže.
Výstupný prúd bude zo súčtu prúdov na vnútornom odpore a záťaže Io \u003d Ir + Ivn.
Ukázalo sa:
V \u003d Io - Ivn \u003d Io - Un / r.
Táto závislosť ukazuje, že keď sa vnútorný odpor zdroja prúdu zvyšuje, tým viac prúd na ňom klesá a zaťažovací odpor prijíma väčšinu prúdu. Zaujímavé je, že napätie neovplyvní aktuálnu hodnotu.
Výstupné napätie skutočného zdroja:
Uout \u003d I x (R x r) / (R + r) \u003d I x R / (1 + R / r). Ohodnoťte tento článok:
Cieľ: Naučte sa experimentálne určiť EMF a vnútorný odpor zdroja prúdu.
Prístroje a vybavenie: Zdroje elektrickej energie, ampérmeter (do 2A s delením do 0,1A), voltmeter (konštantný do 3A s delením do 0,3V), zásobník (odpor do 10 ohmov), kľúč, spojovacie vodiče.
TEÓRIA:
Na udržanie prúdu vo vodiči je potrebné, aby sa potenciálny rozdiel (napätie) na jeho koncoch nezmenil. Na tento účel sa používa zdroj prúdu. Potenciálny rozdiel na jeho póloch vzniká v dôsledku oddelenia nábojov na kladné a záporné. Práca na oddelení nábojov je vykonávaná silami tretích strán (nie elektrického pôvodu).
Hodnota nameraná prácou vykonanou vonkajšími silami pri pohybe jediného kladného elektrického náboja vo vnútri zdroja prúdu sa nazýva elektromotorická sila zdroja prúdu (EMF) a vyjadruje sa vo voltoch.
Keď je obvod uzavretý, náboje oddelené v zdroji prúdu tvoria elektrické pole, ktoré pohybuje nábojmi pozdĺž vonkajšieho obvodu; vnútri zdroja prúdu sa náboje pôsobením vonkajších síl pohybujú smerom k poľu. Energia uložená v prúdovom zdroji sa teda vynakladá na prácu pohybu náboja v obvode s vonkajšími odpormi R a vnútornými r.
PROGRESS
1. Zostavte elektrický obvod podľa schémy.
2. Zmerajte EMF zdroja elektrickej energie pripojením k voltmetru (obvodu).
3. Zmerajte silu prúdu a pokles napätia na danom odpore.
| № | E | U | ja | R | r | rcp |
| 1. | ||||||
| 2. | ||||||
| 3. |
4. Vypočítajte vnútorný odpor podľa Ohmovho zákona pre celý obvod.
5. Experimentujte s inými odpormi a vypočítajte vnútorný odpor prvku.
6. Vypočítajte priemernú hodnotu vnútorného odporu prvku.
7. Zaznamenajte výsledky všetkých meraní a výpočtov do tabuľky.
8. Nájdite absolútnu a relatívnu chybu.
9. Urobte záver.
TESTOVACIE OTÁZKY
1. Uveďte podmienky existencie elektrického prúdu vo vodiči.
2. Akú úlohu má zdroj elektrickej energie v elektrickom obvode?
3. Čo určuje napätie na svorkách zdroja elektrickej energie?
LAB #7
STANOVENIE ELEKTROCHEMICKÉHO EKVIVALENTU MEDI.
Cieľ: naučiť sa v praxi vypočítať elektrochemický ekvivalent medi.
Vybavenie: Váhy so závažím, ampérmeter, hodiny. , zdroj elektrickej energie, reostat, kľúč, medené platne (elektródy), spojovacie drôty, elektrolytický kúpeľ s roztokom síranu meďnatého.
teória
Proces, pri ktorom sa molekuly solí, kyselín a zásad po rozpustení vo vode alebo iných rozpúšťadlách rozkladajú na nabité častice (ióny), sa nazýva elektrolytická disociácia. , výsledný roztok s kladnými a zápornými iónmi sa nazýva elektrolyt.
Ak sú dosky (elektródy) pripojené k svorkám zdroja prúdu umiestnené v nádobe s elektrolytom (v elektrolyte sa vytvorí elektrické pole), kladné ióny sa budú pohybovať smerom ku katóde a záporné ióny - smerom k anóde. Preto sa v roztokoch kyselín, solí a zásad bude elektrický náboj pohybovať spolu s časticami látky. Na elektródach zároveň dochádza k redoxným reakciám, pri ktorých sa na nich uvoľňuje látka. Proces prechodu elektrického prúdu cez elektrolyt, sprevádzaný chemickými reakciami, sa nazýva elektrolýza.
Pre elektrolýzu platí Faradayov zákon: hmotnosť uvoľnenej látky na elektróde je priamo úmerná náboju, ktorý prešiel elektrolytom:
kde k je elektrochemický ekvivalent množstva látky uvoľnenej pri prechode 1 C elektriny cez elektrolyt. Meraním sily prúdu v obvode, času jeho prechodu a hmotnosti látky uvoľnenej na katóde je možné určiť elektrochemický ekvivalent (1s je vyjadrená v kg / C).
kde m je hmotnosť medi nanesenej na katóde; I-prúd v obvode; t je čas toku prúdu v obvode.
Zostavte elektrický obvod podľa schémy.
1. Jedna z platní, ktorá bude katódou, (ak je platňa mokrá, treba ju vysušiť) sa opatrne odváži s presnosťou na 10 mg a výsledok sa zapíše do tabuľky.
2. Vložte elektródu do elektrolytického kúpeľa a vytvorte elektrický obvod podľa schémy.
3. Prúd nastavte reostatom tak, aby jeho hodnota nepresiahla 1A na 50 cm 2 ponorenej časti katódovej platne.
4. Zatvorte okruh na 15-20 minút.
5. Otvorte okruh, vyberte katódovú platňu, umyte z nej zvyšok roztoku a vysušte ho pod sušičom rúk.
6. Odvážte vysušenú platňu s presnosťou na 10 mg.
7. Hodnotu prúdu, čas experimentu, prírastok hmotnosti katódovej platne zapíšte do tabuľky a určte elektrochemický ekvivalent.
Odhad chýb.
.
Relatívna chyba: 
.
, V dôsledku toho 
.
Potom je výsledok uvedený ako: 
.
Porovnajte výsledok s tabuľkou.
Testovacie otázky.
1. Čo je to elektrolytická disociácia, elektrolýza?
2. Ako dlho bude prebiehať elektrolýza síranu meďnatého, ak sú obe elektródy medené? Sú obe elektródy uhlíkové?
3. Pôjde elektrolýza rýchlejšie alebo pomalšie, ak sa jedna z medených elektród nahradí zinkom?
