Elektrický prúd vo vodiči vzniká pod vplyvom elektrického poľa, ktoré spôsobuje, že voľné nabité častice sa dostanú do riadeného pohybu. Vytvorenie prúdu častíc je vážny problém. Zostrojiť také zariadenie, ktoré udrží potenciálny rozdiel poľa po dlhú dobu v jednom stave, je úloha, ktorej riešenie sa ukázalo byť v silách ľudstva až koncom 18. storočia.
Prvé pokusy
Prvé pokusy o „akumuláciu elektriny“ pre jej ďalší výskum a využitie sa uskutočnili v Holandsku. Nemec Ewald Jurgen von Kleist a Holanďan Peter van Muschenbrook, ktorí viedli svoj výskum v meste Leiden, vytvorili prvý kondenzátor na svete, neskôr nazývaný „Leyden jar“.
Akumulácia elektrického náboja už prebehla pôsobením mechanického trenia. Na určitý, skôr krátky čas bolo možné použiť výboj cez vodič.
Víťazstvo ľudskej mysle nad takou efemérnou substanciou, akou je elektrina, sa ukázalo ako revolučné.
Žiaľ, výboj (elektrický prúd vytvorený kondenzátorom) trval tak krátko, že ho nebolo možné vytvoriť. Navyše napätie dané kondenzátorom postupne klesá, čo znemožňuje získanie trvalého prúdu.
Bolo treba hľadať inú cestu.
Prvý zdroj
Experimenty Taliana Galvaniho o štúdiu „živočíšnej elektriny“ boli originálnym pokusom nájsť prirodzený zdroj prúdu v prírode. Pri vešaní nôh vypreparovaných žiab na kovové háky železnej mriežky upozornil na charakteristickú reakciu nervových zakončení.
Galvaniho zistenia však vyvrátil ďalší Talian Alessandro Volta. Zaujímal sa o možnosť získavania elektriny zo živočíšnych organizmov, vykonal sériu pokusov so žabami. Ale jeho záver sa ukázal ako úplný opak predchádzajúcich hypotéz.
Volta upozornil na skutočnosť, že živý organizmus je len indikátorom elektrického výboja. Keď prúd prejde, svaly nôh sa stiahnu, čo naznačuje potenciálny rozdiel. Zdrojom elektrického poľa bol kontakt rôznych kovov. Čím ďalej sú od seba v rade chemických prvkov, tým väčší je účinok.
Dosky z rôznych kovov, lemované papierovými kotúčmi napustenými roztokom elektrolytu, vytvárali na dlhú dobu potrebný potenciálny rozdiel. A nech je to nízke (1,1 V), ale elektrický prúd by sa dal skúmať dlho. Hlavná vec je, že napätie zostalo nezmenené rovnako dlho.
Čo sa deje
Prečo je takýto efekt spôsobený v zdrojoch nazývaných „galvanické články“?
Dve kovové elektródy umiestnené v dielektriku hrajú rôzne úlohy. Jeden dodáva elektróny, druhý ich prijíma. Proces redoxnej reakcie vedie k tomu, že na jednej elektróde sa objaví prebytok elektrónov, ktorý sa nazýva záporný pól, a nedostatok na druhom, označíme ho ako kladný pól zdroja.
V najjednoduchších galvanických článkoch na jednej elektróde prebiehajú oxidačné reakcie a na druhej redukčné. Elektróny prichádzajú k elektródam z vonkajšej strany obvodu. Elektrolyt je vodič prúdu iónov vo vnútri zdroja. Sila odporu riadi trvanie procesu.
Meď zinkový prvok
Je zaujímavé zvážiť princíp fungovania galvanických článkov na príklade meď-zinkového galvanického článku, ktorého pôsobenie je spôsobené energiou zinku a síranu meďnatého. V tomto zdroji sa medená platňa umiestni do roztoku a zinková elektróda sa ponorí do roztoku síranu zinočnatého. Roztoky sú oddelené poréznou vložkou, aby sa zabránilo zmiešaniu, ale musia byť v kontakte.
Ak je okruh uzavretý, povrchová vrstva zinku je oxidovaná. V procese interakcie s kvapalinou sa v roztoku objavujú atómy zinku, ktoré sa zmenili na ióny. Na elektróde sa uvoľňujú elektróny, ktoré sa môžu podieľať na tvorbe prúdu.
Keď sa elektróny dostanú k medenej elektróde, zúčastňujú sa redukčnej reakcie. Z roztoku vstupujú ióny medi do povrchovej vrstvy, v procese redukcie sa menia na atómy medi, ktoré sa ukladajú na medenú platňu.
Aby sme zhrnuli, čo sa deje: proces činnosti galvanického článku je sprevádzaný prenosom elektrónov z redukčného činidla na oxidačné činidlo pozdĺž vonkajšej časti obvodu. Reakcie prebiehajú na oboch elektródach. Vnútri zdroja prúdi iónový prúd.
Ťažkosti pri používaní
V batériách je v zásade možné použiť ktorúkoľvek z možných redoxných reakcií. Ale nie je toľko látok schopných pôsobiť v technicky hodnotných prvkoch. Okrem toho mnohé reakcie vyžadujú drahé látky.
Moderné batérie majú jednoduchšiu štruktúru. Dve elektródy umiestnené v jednom elektrolyte plnia nádobu - puzdro batérie. Takéto dizajnové prvky zjednodušiť štruktúru a znížiť náklady na batérie.
Každý galvanický článok je schopný vytvárať jednosmerný prúd.
Prúdový odpor neumožňuje, aby sa všetky ióny dostali k elektródam súčasne, takže prvok funguje dlho. Chemické reakcie tvorby iónov sa skôr či neskôr zastavia, prvok sa vybije.
Veľký význam má zdroj prúdu.
Pár slov o odpore
Použitie elektrického prúdu nepochybne posunulo vedecký a technologický pokrok na novú úroveň a dodalo mu obrovský impulz. Ale sila odporu voči toku prúdu stojí v ceste takémuto vývoju.
Elektrický prúd má na jednej strane neoceniteľné vlastnosti používané v každodennom živote a technike, na druhej strane je tu výrazná opozícia. Fyzika ako veda o prírode sa snaží nastoliť rovnováhu, uviesť tieto okolnosti do súladu.
Prúdový odpor vzniká v dôsledku interakcie elektricky nabitých častíc s látkou, cez ktorú sa pohybujú. Za normálnych teplotných podmienok nie je možné tento proces vylúčiť.
Odpor
Zdroj prúdu a odpor vonkajšej časti obvodu sú mierne odlišného charakteru, ale rovnaká v týchto procesoch je práca vykonaná na pohyb náboja.
Samotná práca závisí len od vlastností zdroja a jeho obsahu: kvality elektród a elektrolytu, ako aj od vonkajších častí obvodu, ktorých odpor závisí od geometrických parametrov a chemických vlastností materiálu. Napríklad odpor kovového drôtu sa zvyšuje so zväčšením jeho dĺžky a znižuje sa s rozšírením plochy prierezu. Pri riešení problému, ako znížiť odpor, fyzika odporúča použiť špecializované materiály.
Aktuálna práca
V súlade so zákonom Joule-Lenz je množstvo tepla uvoľneného vo vodičoch úmerné odporu. Ak množstvo tepla označuje Q ext. , sila prúdu I, čas jeho toku t, potom dostaneme:
- Q int. = I 2 r t,
kde r je vnútorný odpor zdroja prúdu.
V celom okruhu, vrátane jeho vnútorných aj vonkajších častí, sa uvoľní celkové množstvo tepla, ktorého vzorec je:
- Q celkom \u003d I 2 r t + I 2 R t \u003d I 2 (r + R) t,
Je známe, ako sa vo fyzike označuje odpor: vonkajší obvod (všetky prvky okrem zdroja) má odpor R.
Ohmov zákon pre úplný obvod
Berieme do úvahy, že hlavnú prácu vykonávajú vonkajšie sily vo vnútri zdroja prúdu. Jeho hodnota sa rovná súčinu náboja prenášaného poľom a elektromotorickej sily zdroja:
- qE = 12 (r + R) t.
uvedomujúc si, že náboj sa rovná súčinu sily prúdu a času jeho toku, máme:
- E = I (r + R).
V súlade so vzťahmi príčiny a následku má Ohmov zákon formu:
- I = E: (r + R).
V uzavretom okruhu je priamo úmerná EMF zdroja prúdu a nepriamo úmerná celkovému (celkovému) odporu okruhu.
Na základe tohto vzoru je možné určiť vnútorný odpor zdroja prúdu.
Vybíjacia kapacita zdroja
Výbojovú kapacitu možno pripísať aj hlavným charakteristikám zdrojov. Maximálne množstvo elektriny získanej počas prevádzky za určitých podmienok závisí od sily vybíjacieho prúdu.
V ideálnom prípade, keď sa urobia určité aproximácie, kapacita vybíjania sa môže považovať za konštantnú.
Napríklad štandardná batéria s potenciálovým rozdielom 1,5 V má vybíjaciu kapacitu 0,5 Ah. Ak je vybíjací prúd 100 mA, potom funguje 5 hodín.
Spôsoby nabíjania batérie
Používanie batérií spôsobí ich vybitie. nabíjanie malých prvkov sa vykonáva prúdom, ktorého hodnota sily nepresahuje jednu desatinu kapacity zdroja.
Ponúkajú sa tieto spôsoby nabíjania:
- použitie konštantného prúdu po stanovenú dobu (asi 16 hodín s prúdom 0,1 kapacity batérie);
- nabíjanie znižovacím prúdom až po danú hodnotu rozdielu potenciálov;
- použitie asymetrických prúdov;
- postupná aplikácia krátkych impulzov nabíjania a vybíjania, pri ktorých čas prvého presahuje čas druhého.
Praktická práca
Navrhuje sa úloha: určiť vnútorný odpor zdroja prúdu a EMF.
Na jeho vykonanie je potrebné zásobiť sa zdrojom prúdu, ampérmetrom, voltmetrom, posuvným reostatom, kľúčom, súpravou vodičov.
Použitie určí vnútorný odpor zdroja prúdu. Aby ste to dosiahli, musíte poznať jeho EMF, hodnotu odporu reostatu.
Výpočtový vzorec pre prúdový odpor vo vonkajšej časti obvodu možno určiť z Ohmovho zákona pre časť obvodu:
- I=U:R,
kde I je sila prúdu vo vonkajšej časti obvodu, meraná ampérmetrom; U je napätie na vonkajšom odpore.
Na zlepšenie presnosti sa merania vykonajú najmenej 5-krát. Načo to je? Ďalej sa používa napätie, odpor, prúd (presnejšie sila prúdu) namerané počas experimentu.
Na určenie EMF zdroja prúdu využívame skutočnosť, že napätie na jeho svorkách pri otvorenom kľúči je takmer rovnaké ako EMF.
Zostavíme obvod z batérie, reostatu, ampérmetra, kľúča zapojených do série. Na svorky zdroja prúdu pripojíme voltmeter. Po otvorení kľúča odčítame jeho hodnoty.
Vnútorný odpor, ktorého vzorec je získaný z Ohmovho zákona pre úplný obvod, je určený matematickými výpočtami:
- I = E: (r + R).
- r = E: I - U: I.
Merania ukázali, že vnútorný odpor je oveľa menší ako vonkajší.
Praktická funkcia akumulátorov a batérií je široko využívaná. Nesporná environmentálna bezpečnosť elektromotorov je nepochybná, ale vytvorenie priestrannej, ergonomickej batérie je problémom modernej fyziky. Jeho riešenie povedie k novému kolu vývoja automobilovej techniky.
Malé, ľahké, vysokokapacitné batérie sú nevyhnutné aj v mobilných elektronických zariadeniach. Množstvo energie spotrebovanej v nich priamo súvisí s výkonom zariadení.
Cieľ: študovať metódu merania EMF a vnútorného odporu zdroja prúdu pomocou ampérmetra a voltmetra.
Vybavenie: kovová tabuľka, prúdový zdroj, ampérmeter, voltmeter, rezistor, kľúč, svorky, spojovacie vodiče.
Na meranie EMF a vnútorného odporu zdroja prúdu je zostavený elektrický obvod, ktorého obvod je znázornený na obrázku 1.
Ampérmeter, odpor a kľúč zapojené do série sú pripojené k zdroju prúdu. Okrem toho je priamo na výstupné zásuvky zdroja pripojený aj voltmeter.
EMF sa meria odčítaním voltmetra s otvoreným kľúčom. Táto technika určovania EMF je založená na dôsledku Ohmovho zákona pre úplný obvod, podľa ktorého sa pri nekonečne veľkom odpore vonkajšieho obvodu napätie na svorkách zdroja rovná jeho EMF. (Pozri odsek "Ohmov zákon pre úplný obvod" v učebnici "Fyzika 10").
Na určenie vnútorného odporu zdroja je zatvorený kľúč K. V tomto prípade je možné v obvode podmienečne rozlíšiť dve sekcie: vonkajšiu (tá, ktorá je pripojená k zdroju) a vnútornú (tá, ktorá je vo vnútri prúdu). zdroj). Pretože EMF zdroja sa rovná súčtu poklesu napätia vo vnútorných a vonkajších častiach obvodu:
ε = Ur+UR, potomUr = ε -UR (1)
Podľa Ohmovho zákona pre časť reťaze U r = I · r(2). Nahradením rovnosti (2) za (1) dostaneme:
ja· r = ε - Ur , odkiaľ r = (ε - UR)/ J
Preto, aby ste zistili vnútorný odpor zdroja prúdu, je potrebné najprv určiť jeho EMF, potom zavrieť kľúč a zmerať pokles napätia na vonkajšom odpore, ako aj silu prúdu v ňom.
Pokrok
1. Pripravte si tabuľku na zaznamenanie výsledkov meraní a výpočtov:
|
ε ,v |
U r , B |
ja, a |
r Ohm |
Nakreslite si do notebooku diagram na meranie EMF a vnútorného odporu zdroja.
Po kontrole obvodu zostavte elektrický obvod. Otvorte kľúč.
Zmerajte hodnotu EMF zdroja.
Zatvorte spínač a odčítajte hodnoty ampérmetra a voltmetra.
Vypočítajte vnútorný odpor zdroja.
Stanovenie emf a vnútorného odporu zdroja prúdu grafickou metódou
Cieľ: študovať merania EMF, vnútorného odporu a skratového prúdu zdroja prúdu na základe analýzy grafu závislosti napätia na výstupe zdroja od intenzity prúdu v obvode.
Vybavenie: galvanický článok, ampérmeter, voltmeter, rezistor R 1 , variabilný odpor, kľúč, svorky, kovová platňa, spojovacie vodiče.
Z Ohmovho zákona pre úplný obvod vyplýva, že napätie na výstupe zdroja prúdu závisí priamo úmerne od intenzity prúdu v obvode:
keďže I \u003d E / (R + r), potom IR + Ir \u003d E, ale IR \u003d U, odkiaľ U + Ir \u003d E alebo U \u003d E - Ir (1).
Ak zostavíte graf závislosti U od I, potom podľa jeho priesečníkov so súradnicovými osami môžete určiť E, I K.Z. - sila skratového prúdu (prúd, ktorý bude tiecť v zdrojovom obvode, keď sa vonkajší odpor R rovná nule).
EMF je určená priesečníkom grafu s osou napätia. Tento bod grafu zodpovedá stavu obvodu, v ktorom nie je prúd, a preto U \u003d E.
Sila skratového prúdu je určená priesečníkom grafu s osou prúdu. V tomto prípade je vonkajší odpor R = 0 a následne napätie na výstupe zdroja U = 0.
Vnútorný odpor zdroja sa zistí tangentou sklonu grafu vzhľadom k aktuálnej osi. (Porovnajte vzorec (1) s matematickou funkciou tvaru Y = AX + B a zapamätajte si význam koeficientu v X).
Pokrok
Po kontrole obvodu učiteľom zostavte elektrický obvod. Posuvník variabilného odporu nastavte do polohy, pri ktorej bude odpor obvodu pripojeného k zdroju prúdu maximálny.
Na zaznamenanie výsledkov merania pripravte tabuľku:
Určte hodnotu prúdu v obvode a napätia na svorkách zdroja pri maximálnej hodnote odporu premenného odporu. Zadajte namerané údaje do tabuľky.
Meranie prúdu a napätia niekoľkokrát zopakujte, pričom zakaždým znížte hodnotu premenlivého odporu tak, aby sa napätie na svorkách zdroja znížilo o 0,1V. Zastavte meranie, keď prúd v obvode dosiahne 1A.
Body získané v experimente vyneste do grafu. Nakreslite napätie na zvislej osi a prúd na vodorovnú os. Nakreslite priamku cez bodky.
Pokračujte v grafe k priesečníku súradnicových osí a určte hodnoty E a I K.Z.
Zmerajte EMF zdroja pripojením voltmetra k jeho svorkám s otvoreným vonkajším obvodom. Porovnajte hodnoty EMF získané týmito dvoma metódami a uveďte dôvod možnej nezrovnalosti medzi výsledkami.
Určte vnútorný odpor zdroja prúdu. Za týmto účelom vypočítajte dotyčnicu sklonu vytvoreného grafu k aktuálnej osi. Keďže dotyčnica uhla v pravouhlom trojuholníku sa rovná pomeru protiľahlej vetvy k susednej, dá sa to prakticky urobiť nájdením pomeru E / I K.Z
Zdroj je zariadenie, ktoré premieňa mechanickú, chemickú, tepelnú a niektoré ďalšie 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 kedykoľvek 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 v opačnom smere 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 - 1,2V.
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 zväčšuje vnútorný odpor a napätie preto klesá, až sa dostane do stavu nevhodného na ďalšie použitie.
Ak je EMF zdroja vopred určená hodnota, vnútorný odpor zdroja sa určí 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 do obvodov 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 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. Ekvivalentným obvodom je odpor pripojený paralelne k zdroju a vonkajší 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:
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, ktorú vykonávajú vonkajšie sily 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. Opakujte experiment 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 rozdelenia 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 určite 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?
___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
