Cél: az áramforrás EMF-jének és belső ellenállásának kísérleti kiszámítása.
Felszereltsége: elektromos energiaforrás, ampermérő, voltmérő, reosztát (6 - 8 Ohm), kulcs, csatlakozó vezetékek.
Azt az értéket, amely számszerűen megegyezik a külső erők által az egységnyi töltés áramforráson belüli mozgatásakor végzett munkával, az áramforrás elektromotoros erejének nevezzük. ε, Ohm törvényéből:
ahol I az áramerősség, U a feszültség.
SI-ben ε voltban (V) kifejezve.
Az elektromotoros erő és az áramforrás belső ellenállása kísérletileg meghatározható.
Munkarend
1. Határozza meg a mérleg felosztásának árát! mérőműszerek.
2. Állítson össze egy elektromos áramkört az ábrán látható diagramnak megfelelően. egy
3. Miután a tanár ellenőrizte az áramkört, zárja le a kulcsot, és egy reosztát segítségével állítsa be az áramerősséget az ampermérő skála több felosztásának megfelelően, vegye le a voltmérőt és az ampermérőt.
4. Ismételje meg a kísérletet 2-szer, változtatva az áramkör áramerősségét reosztát segítségével.
5. Rögzítse a kapott adatokat az 1. táblázatban!
4.10. ábra – Kísérleti séma
| № | Feszültség az U, V áramkör külső részén | Áram az I, A körben | Belső ellenállás r, Ohm | A belső ellenállás átlagos értéke r cf, Ohm | EMF e, V | Átlagos EMF e c p, V | ||
1. táblázat – Kísérleti adatok
1. Helyettesítse be a mérési eredményeket az 1. egyenletbe, és az egyenletrendszerek megoldásával:
határozza meg a forrás belső ellenállását a következő képletekkel:
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
3. Írjon adatokat az 1. táblázatba.
5. Vond le a következtetést.
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
tesztkérdések
1. Mi az elektromos ellenállás fizikai lényege?
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
2. Mi a szerepe az áramforrásnak az elektromos áramkörben?
___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
3. Mi az fizikai jelentése EMF? Határozza meg volt.
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
4. Mi határozza meg a feszültséget az áramforrás kivezetésein?
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
5. Az elvégzett mérések eredményeit felhasználva határozza meg a külső áramkör ellenállását!
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Jelentést laboratóriumi munka №__________
csoport diák __________________
TELJES NÉV_______________________________________________________________
TÉMA: AZ IZZÓLÁMPA ELEKTROMOS ÁRAMKÖRÉNEK FESZÜLTSÉGTŐL FÜGGŐSÉGÉNEK VIZSGÁLATA
Cél: az elektromos készülék által fogyasztott teljesítmény mérési módszerének elsajátítása az áramerősség és a feszültség mérésén alapulóan; megvizsgálni az izzó által fogyasztott teljesítmény függését a kapcsai feszültségétől; vizsgálja meg a vezető ellenállásának a hőmérséklettől való függését.
Felszereltsége: villanylámpa, DC és AC feszültségforrás, csúszó reosztát, ampermérő; voltmérő, kulcs, összekötő vezetékek, milliméterpapír.
Rövid elméleti információk
Azt az értéket, amely megegyezik az A áram munkája és a végrehajtás t időtartamának arányával, P teljesítménynek nevezzük:
Következésképpen, 
(1)
Munkarend
1. kísérlet
1. Készítsen elektromos áramkört az 1. ábrán látható diagram szerint, a nulla élmény érdekében, figyelve a készülékek polaritását
1. ábra - Bekötési rajz
2. Határozza meg a mérőműszerek skálájának felosztási árát!
_____________________________________________________________________________
3. Miután a tanár ellenőrizte az áramkört, mérje le az U feszültséget és az I áramot.
4. Rögzítse a készülékek adatait az 1. táblázatban!
1. táblázat - Kísérleti adatok 1. sz
2. kísérlet
1. Szerelje össze az áramkört a 2. ábra szerint, ahol a villanykörte reosztáton keresztül váltóáramra van csatlakoztatva.
4.12 ábra - Bekötési rajz
2. Miután a tanár ellenőrizte az áramkört, vegye le az ampermérőt és a voltmérőt a reosztát csúszkájának 10-11-szeres megváltoztatásával.
3. Rögzítse a készülékek adatait a 2. táblázatban!
2. táblázat - Kísérleti adatok 2. sz
Mérési eredmények feldolgozása
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
2. Keressen ellenállást R0, nulla tapasztalatért:
(5)
ahol ΔT 0 K az abszolút hőmérséklet változása (in ez az eset megegyezik a Celsius-skála szobahőmérsékletével); α a volfrám hőmérsékleti ellenállási együtthatója (B. függelék).
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
3. A kapott adatokat rögzítse az 1. táblázatban.
2. kísérlet
1. Minden kísérlethez határozza meg a lámpa által fogyasztott P teljesítményt a következő képlet szerint:
P \u003d U max I max (6)
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
3. Határozza meg a lámpa izzószálának hőmérsékletét minden kísérlethez a következő képlet segítségével:
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
4. A mérések és számítások eredményeit rögzítse a 2. táblázatban!
5. Grafikonpapíron ábrázolja a grafikonokat: a) a lámpa által fogyasztott P teljesítmény függését a kapcsokon lévő U feszültségtől; b) az R ellenállás függése a T hőmérséklettől.
6. Két kísérlet eredménye alapján vonjon le következtetést!
___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
tesztkérdések
1. Mi a fizikai jelentése a feszültségnek egy elektromos áramkör szakaszában?
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
2. Hogyan határozható meg az áramerősség ampermérővel és voltmérővel?
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
3. Milyen célokra használják a wattmérőt. Hogyan csatlakozik az áramkörhöz?
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
4. Hogyan változik a fémvezető ellenállása a hőmérséklet emelkedésével?
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
5. Miben különbözik a 100 W-os izzólámpa spirál a 25 wattos izzóspiráltól?
___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Célkitűzés: Tanulja meg kísérletileg meghatározni az EMF-et és az áramforrás belső ellenállását.
Eszközök és felszerelések: Villamos energiaforrások, ampermérő (2A-ig osztással 0,1A-ig), voltmérő (állandó 3A-ig osztással 0,3 V-ig), tároló (ellenállás 10 ohm-ig), kulcs, csatlakozó vezetékek.
ELMÉLET:
A vezetőben lévő áram fenntartásához szükséges, hogy a potenciálkülönbség (feszültség) a végén változatlan legyen. Ehhez áramforrást használnak. A pólusainál a potenciálkülönbség a töltések pozitív és negatív szétválása miatt alakul ki. A töltések szétválasztását külső (nem elektromos eredetű) erők végzik.
Az áramforráson belüli egyetlen pozitív elektromos töltés mozgatásakor külső erők által végzett munka által mért értéket az áramforrás elektromotoros erejének (EMF) nevezzük, és voltban fejezzük ki.
Amikor az áramkör zárt, az áramforrásban szétválasztott töltések elektromos mezőt alkotnak, amely a töltéseket a külső áramkör mentén mozgatja; az áramforráson belül a töltések külső erők hatására a mező felé haladnak. Így az áramforrásban tárolt energia a töltés mozgatására fordítódik egy külső R és belső r ellenállású áramkörben.
ELŐREHALAD
1. Szerelje össze az elektromos áramkört az ábra szerint.
2. Mérje meg az elektromos energiaforrás EMF-jét egy voltmérőhöz (áramkörhöz) csatlakoztatva.
3. Mérje meg az áramerősséget és a feszültségesést egy adott ellenálláson.
| № | E | U | én | R | r | rcp |
| 1. | ||||||
| 2. | ||||||
| 3. |
4. Számítsa ki a belső ellenállást Ohm törvénye szerint a teljes áramkörre!
5. Kísérletezzen más ellenállásokkal és számítsa ki az elem belső ellenállását.
6. Számítsa ki az elem belső ellenállásának átlagos értékét!
7. Minden mérés és számítás eredményét rögzítse táblázatban!
8. Keresse meg az abszolút és relatív hibát!
9. Vond le a következtetést.
TESZT KÉRDÉSEK
1. Adja meg az elektromos áram létezésének feltételeit egy vezetőben!
2. Mi a szerepe a villamos energia forrásának az elektromos áramkörben?
3. Mi határozza meg a feszültséget az elektromos energiaforrás kivezetésein?
LAB #7
A RÉZ ELEKTROKÉMIAI EGYENÉRSÉGÉNEK MEGHATÁROZÁSA.
Célkitűzés: tanulja meg a gyakorlatban a réz elektrokémiai egyenértékének kiszámítását.
Felszerelés: Mérleg súllyal, ampermérővel, órával. , elektromos energiaforrás, reosztát, kulcs, rézlemezek (elektródák), összekötő vezetékek, elektrolitikus fürdő réz-szulfát oldattal.
Elmélet
Elektrolitikus disszociációnak nevezzük azt a folyamatot, amelyben a sók, savak és lúgok molekulái vízben vagy más oldószerben oldva töltött részecskékre (ionokra) bomlanak. , a kapott megoldás pozitív és negatív ionok elektrolitnak nevezik.
Ha az áramforrás bilincseihez csatlakoztatott lemezeket (elektródákat) elektrolitos edénybe helyezik (az elektrolitban elektromos mező keletkezik), akkor a pozitív ionok a katód felé, a negatív ionok pedig az anód felé mozognak. Ezért a savak, sók és lúgok oldataiban az elektromos töltés az anyag részecskéivel együtt mozog. Ugyanakkor az elektródáknál redox reakciók lépnek fel, amelyek során anyag szabadul fel rajtuk. Az elektromos áram elektroliton való átvezetésének folyamata, amelyet kísér kémiai reakciók elektrolízisnek nevezik.
Az elektrolízisre Faraday törvénye érvényes: az elektródán felszabaduló anyag tömege egyenesen arányos az elektroliton áthaladó töltéssel:
ahol k a felszabaduló anyagmennyiség elektrokémiai egyenértéke, amikor 1 C elektromosság halad át az elektroliton. Az áramkörben lévő áramerősség, az áthaladási idő és a katódon felszabaduló anyag tömegének mérésével meghatározható az elektrokémiai ekvivalens (1s kg / C-ban van kifejezve).
ahol m a katódon lerakódott réz tömege; I-áram az áramkörben; t az áramkörben folyó áram ideje.
Szerelje össze az elektromos áramkört a diagramnak megfelelően.
1. Az egyik lemezt, amely a katód lesz, (ha a lemez nedves, meg kell szárítani) gondosan lemérjük 10 mg-os pontossággal, és az eredményt rögzítjük a táblázatban.
2. Helyezze az elektródát az elektrolitfürdőbe, és készítsen elektromos áramkört a diagramnak megfelelően.
3. Állítsa be az áramerősséget reosztáttal úgy, hogy értéke ne haladja meg az 1A-t a katódlemez bemerített részének 50 cm 2 -enként.
4. Zárja le az áramkört 15-20 percre.
5. Nyissa ki az áramkört, távolítsa el a katódlemezt, mossa le róla a maradék oldatot és szárítsa meg kézszárító alatt.
6. Mérje le a szárított lemezt 10 mg pontossággal.
7. Az áram értékét, a kísérlet idejét, a katódlemez tömegének növekedését írja le a táblázatba, és határozza meg az elektrokémiai egyenértéket!
A hibák becslése.
.
Relatív hiba: 
.
, Következésképpen 
.
Ezt követően az eredmény a következő: 
.
Hasonlítsa össze az eredményt a táblázattal.
Tesztkérdések.
1. Mi az elektrolitikus disszociáció, elektrolízis?
2. Mennyi ideig tart a réz-szulfát elektrolízise, ha mindkét elektróda réz? Mindkét elektróda szén?
3. Gyorsabban vagy lassabban megy végbe az elektrolízis, ha az egyik rézelektródát cinkre cseréljük?
8.5. Termikus hatás jelenlegi
8.5.1. Áramforrás teljesítmény
Az áramforrás teljes teljesítménye:
P teljes = P hasznos + P veszteség,
ahol P hasznos - hasznos teljesítmény, P hasznos \u003d I 2 R; P veszteség - teljesítményveszteség, P veszteség = I 2 r ; I - áramerősség az áramkörben; R - terhelési ellenállás (külső áramkör); r az áramforrás belső ellenállása.
A látszólagos teljesítmény három képlet egyikével számítható ki:
P teljes \u003d I 2 (R + r), P teljes \u003d ℰ 2 R + r, P teljes \u003d I ℰ,
ahol ℰ az áramforrás elektromotoros ereje (EMF).
Nettó teljesítmény a külső áramkörben felszabaduló teljesítmény, azaz. a terhelésen (ellenálláson), és valamilyen célra használható.
A nettó teljesítmény három képlet egyikével számítható ki:
P hasznos \u003d I 2 R, P hasznos \u003d U 2 R, P hasznos \u003d NE,
ahol I az áramkör árama; U - feszültség az áramforrás kivezetésein (kapcsokon); R - terhelési ellenállás (külső áramkör).
A veszteségteljesítmény az a teljesítmény, amely az áramforrásban felszabadul, pl. a belső áramkörben, és magában a forrásban zajló folyamatokra költik; más célra a teljesítményveszteség nem használható fel.
A teljesítményveszteséget általában a képlet alapján számítják ki
P veszteség = I 2 r ,
ahol I az áramkör árama; r az áramforrás belső ellenállása.
Rövidzárlat esetén a hasznos teljesítmény nullára csökken
P hasznos = 0,
mivel a terhelési ellenállás abban az esetben rövidzárlat hiányzik: R = 0.
A forrás rövidzárlatának látszólagos teljesítménye egybeesik a teljesítményveszteséggel, és a képlet alapján számítják ki
P teljes \u003d ℰ 2 r,
ahol ℰ az áramforrás elektromotoros ereje (EMF); r az áramforrás belső ellenállása.
A nettó teljesítmény megvan maximális érték abban az esetben, ha az R terhelési ellenállás egyenlő az áramforrás belső ellenállásával r:
R = r.
Maximális hasznos teljesítmény:
P hasznos max = 0,5 P teljes,
ahol P teljes - az áramforrás teljes teljesítménye; P teljes \u003d ℰ 2 / 2 r.
Kifejezetten a számítási képlet maximális hasznos teljesítmény alábbiak szerint:
P hasznos max = ℰ 2 4 r .
A számítások egyszerűsítése érdekében érdemes megjegyezni két pontot:
r = R1R2;
I * = i 2 .
15. példa 5,0 ohmos ellenállásra rövidre zárva egy cellás akkumulátor 2,0 A áramot termel. Az akkumulátor zárlati árama 12 A. Számítsa ki az akkumulátor maximális hasznos teljesítményét.
Megoldás . Elemezzük a probléma állapotát.
1. Ha egy akkumulátort R 1 = 5,0 Ohm ellenállásra csatlakoztatunk, az áramkörben I 1 = 2,0 A áram folyik, amint az az ábrán látható. a , amelyet Ohm törvénye határoz meg egy teljes láncra:
I 1 \u003d ℰ R 1 + r,
ahol ℰ az áramforrás EMF-je; r az áramforrás belső ellenállása.
2. Amikor egy akkumulátor rövidre van zárva, az áramkörben rövidzárlati áram folyik, ahogy az a 1. ábrán látható. b. A rövidzárlati áram erősségét a képlet határozza meg
ahol i a rövidzárlati áram, i = 12 A.
3. Amikor az akkumulátort az R 2 \u003d r ellenálláshoz csatlakoztatjuk, az áramkörben I 2 erő áram folyik, amint az az 1. ábrán látható. -ban, Ohm törvénye által meghatározott teljes áramkörre:
I 2 \u003d ℰ R 2 + r \u003d ℰ 2 r;
ebben az esetben a maximális hasznos teljesítmény le van osztva az áramkörben:
P hasznos max \u003d I 2 2 R 2 \u003d I 2 2 r.
Így a maximális hasznos teljesítmény kiszámításához meg kell határozni az r áramforrás belső ellenállását és az I 2 áramerősséget.
Az I 2 áramerősség meghatározásához felírjuk az egyenletrendszert:
i \u003d ℰ r, I 2 \u003d ℰ 2 r)
és hajtsa végre az egyenletek felosztását:
i I 2 = 2 .
Ez a következőket jelenti:
I 2 \u003d i 2 = 12 2 \u003d 6,0 A.
Az r forrás belső ellenállásának meghatározásához felírjuk az egyenletrendszert:
I 1 \u003d ℰ R 1 + r, i \u003d ℰ r)
és hajtsa végre az egyenletek felosztását:
I 1 i = r R 1 + r .
Ez a következőket jelenti:
r \u003d I 1 R 1 i - I 1 \u003d 2,0 ⋅ 5,0 12 - 2,0 \u003d 1,0 Ohm.
Számítsa ki a maximális hasznos teljesítményt:
P hasznos max = I 2 2 r \u003d 6,0 2 ⋅ 1,0 \u003d 36 W.
Így az akkumulátor maximális hasznos teljesítménye 36 watt.
8. labor
Téma: "Áramforrás elektromotoros erejének és belső ellenállásának meghatározása».
Cél: megtanulják meghatározni a forrás elektromotoros erejét és belső ellenállását elektromos energia.
Felszerelés: 1. Laboratóriumi árammérő;
2. Elektromos energiaforrás;
3. csatlakozó vezetékek,
4. 2 ohm és 4 ohm ellenálláskészlet;
5. Egypólusú kapcsoló; kulcs.
Elmélet.
A potenciálkülönbség bármely forrás pólusain a benne lévő pozitív és negatív töltések szétválásának eredménye. Ez a szétválás a külső erők által végzett munka miatt következik be.
Az áramforrásból származó szabad töltéshordozókra ható, nem elektromos eredetű erőket nevezzük külső erők.
Amikor az elektromos töltések egy egyenáramú áramkör mentén mozognak, az áramforrások belsejében ható külső erők működnek.
Fizikai mennyiség, amely egyenlő az A st külső erők munkaarányával, amikor a q töltést az áramforráson belül mozgatjuk ennek a töltésnek az értékéhez, ún.forrás elektromotoros erő (EMF):
Az EMF-et a külső erők által végzett munka határozza meg egyetlen pozitív töltés mozgatásakor.
Az elektromotoros erőt, akárcsak a potenciálkülönbséget, mérjük volt[NÁL NÉL].
Az EMF mérésére forrás, szüksége van rá csatlakozik neki nyitott áramkörű voltmérő.
Az áramforrás egy vezető, és mindig van némi ellenállása, így az áram hőt termel benne. Ezt az ellenállást ún forrás belső ellenállásaés jelöljük r.
Ha az áramkör nyitva van, akkor a külső erők munkája az áramforrás potenciális energiájává alakul. Zárt áramkörnél ez a potenciális energia a töltések mozgósítására fordítódik az R ellenállású külső áramkörben és az r ellenállású belső részében, azaz. ε = IR + Ir .
Ha az áramkör egy R ellenállású és r belső ellenállású külső részből áll, akkor az energia megmaradás törvénye szerint a forrás EMF-je egyenlő lesz az áramkör külső és belső szakaszán lévő feszültségek összegével. , mert zárt kör mentén haladva a töltés visszatér eredeti helyzetébe, ahol IR az áramkör külső részének feszültsége, és Ir- feszültség az áramkör belső szakaszán.
Így az áramkör EMF-et tartalmazó szakaszához:
Ez a képlet kifejezi Ohm törvénye a teljes áramkörre : az áramerősség egy komplett áramkörben egyenesen arányos a forrás elektromotoros erejével és fordítottan arányos az áramkör külső és belső szakaszának ellenállásainak összegével.
ε és r empirikusan meghatározható.
Az áramkör táplálására gyakran elektromos energiaforrásokat kapcsolnak össze. A források csatlakoztatása az akkumulátorban lehet soros és párhuzamos.
Soros csatlakozásnál két szomszédos forrás ellentétes pólusokkal van összekötve.
Azaz akkumulátorok soros csatlakoztatásához a ″plus″ elektromos áramkör csatlakoztassa az első akkumulátor pozitív pólusát. A második akkumulátor pozitív pólusa csatlakozik a negatív pólusához stb. Az utolsó akkumulátor negatív pólusa az elektromos áramkör "mínuszához" csatlakozik.
A soros kapcsolásból származó akkumulátor kapacitása megegyezik egyetlen akkumulátoréval, és az ilyen akkumulátor feszültsége megegyezik a benne lévő akkumulátorok feszültségeinek összegével. Azok. ha az akkumulátorok feszültsége azonos, akkor az akkumulátor feszültsége egyenlő egy akkumulátor feszültségének szorzatával az akkumulátorban lévő akkumulátorok számával.
1. Az akkumulátor EMF-je megegyezik az egyes források EMF-jének összegévelε= ε 1 + ε 2 + ε 3
2 . A forráselem teljes ellenállása megegyezik az egyes források belső ellenállásainak összegével r akkumulátor = r 1 + r 2 + r 3
Ha n azonos forrást csatlakoztatunk az akkumulátorhoz, akkor az akkumulátor EMF ε= nε 1, és az akkumulátor ellenállása r = nr 1
3.
Párhuzamos csatlakoztatás esetén az összes pozitív és negatív pólus kettő vagy többn forrás.
Ez azt jelenti, hogy párhuzamosan csatlakoztatva az akkumulátorok úgy vannak csatlakoztatva, hogy az összes akkumulátor pozitív pólusai az elektromos áramkör egy pontjához csatlakozzanak ("plusz"), és az összes akkumulátor negatív pólusai az áramkör egy másik pontjához csatlakozzanak. ("mínusz").
Csak párhuzamosan csatlakoztassa források Val vel ugyanaz az EMF. A párhuzamos kapcsolásból származó akkumulátor feszültsége megegyezik az egyetlen akkumulátoréval, és az ilyen akkumulátor kapacitása megegyezik a benne lévő akkumulátorok kapacitásának összegével. Azok. ha az akkumulátorok kapacitása azonos, akkor az akkumulátor kapacitása megegyezik egy akkumulátor kapacitásának szorzatával az akkumulátorban lévő akkumulátorok számával.
1. Az azonos forrásokból álló akkumulátor EMF-je megegyezik egy forrás EMF-jével.ε= ε 1 = ε 2 = ε 3
2.
Az akkumulátor ellenállása kisebb, mint egyetlen forrás ellenállása r akkumulátorok = r 1 /n
3.
Az áramerősség egy ilyen áramkörben Ohm törvénye szerint
Az akkumulátorban tárolt elektromos energia egyenlő az egyes akkumulátorok energiáinak összegével (az egyes akkumulátorok energiáinak szorzata, ha az akkumulátorok azonosak), függetlenül attól, hogy az akkumulátorok párhuzamosan vagy sorosan vannak csatlakoztatva .
Az azonos technológiával gyártott akkumulátorok belső ellenállása megközelítőleg fordítottan arányos az akkumulátor kapacitásával. Ezért, mivel párhuzamos kapcsolással az akkumulátor kapacitása megegyezik a benne lévő akkumulátorok kapacitásának összegével, azaz nő, a belső ellenállás csökken.
Előrehalad.
1. Rajzolj táblázatot:
2. Tekintsük az ampermérő skálát, és határozzuk meg egy osztás árát.
3. Készítsen elektromos áramkört az 1. ábrán látható diagramnak megfelelően. Állítsa a kapcsolót középső helyzetbe.
1. kép
4. Zárja le az áramkört egy kisebb R ellenállás bevezetésével 1 1 . Nyissa ki a láncot.
5. Zárja le az áramkört nagyobb R ellenállás bevezetésével 2 . Írd fel az I áramerősség értékét 2 . Nyissa ki a láncot.
6. Számítsa ki az elektromos energiaforrás EMF értékét és belső ellenállását!
Ohm törvénye a teljes áramkörre minden esetben:és
Innen képleteket kapunk ε és r kiszámítására:
7. Minden mérés és számítás eredményét rögzítse táblázatban!
8. Vond le a következtetést!
9. Válaszoljon a biztonsági kérdésekre.
TESZTKÉRDÉSEK.
1. Bővítse ki az "áramforrás elektromotoros ereje" fogalmának fizikai jelentését.
2. Határozza meg az áramkör külső szakaszának ellenállását a kapott mérési eredmények és a teljes áramkör Ohm-törvénye alapján.
3. Magyarázza meg, miért növekszik a belső ellenállás, ha az akkumulátorokat sorba kapcsoljuk, és miért csökken, ha párhuzamosan kapcsoljuk az r ellenálláshoz képest 0 egy akkumulátor.
4. Milyen esetben mutatja a generátor kivezetéseire csatlakoztatott voltmérő a generátor EMF-jét, és milyen esetben van a feszültség az áramkör külső szakaszának végein? Ez a feszültség az áramkör belső szakaszának végein lévő feszültségnek is tekinthető?
Mérési lehetőség.
Tapasztalat 1. Ellenállás R 1 \u003d 2 Ohm, áramerősség I 1 \u003d 1,3 A.
Ellenállás R 2 \u003d 4 Ohm, áramerősség I 2 \u003d 0,7 A.
A forrás olyan eszköz, amely mechanikai, kémiai, termikus és néhány egyéb energiát alakít át elektromos energiává. Más szóval, a forrás egy aktív hálózati elem, amelyet villamosenergia-termelésre terveztek. különböző típusok az elektromos hálózaton elérhető források a feszültségforrások és az áramforrások. Ez a két fogalom az elektronikában különbözik egymástól.
A feszültségforrás kétpólusú készülék, feszültsége mindenkor állandó, a rajta áthaladó áramnak nincs hatása. Egy ilyen forrás ideális lenne, nulla belső ellenállással. Gyakorlatilag nem lehet megszerezni.
A feszültségforrás negatív pólusán az elektronok többlete halmozódik fel, a pozitív póluson - a hiányuk. A pólusok állapotát a forráson belüli folyamatok tartják fenn.
Az akkumulátorok belsőleg tárolják a kémiai energiát, és képesek azt elektromos energiává alakítani. Az akkumulátorokat nem lehet újratölteni, ez a hátrányuk.
Az akkumulátorok újratölthető akkumulátorok. Töltéskor az elektromos energia belül tárolódik kémiai energia formájában. A kirakodás során a kémiai folyamat az ellenkező irányba halad, és elektromos energia szabadul fel.
Példák:
Fontos! Alacsony áramerősség esetén az elemek és akkumulátorok jó közelítésnek tekinthetők az ideális feszültségforrásokhoz.
A villamos energiát az erőművekben generátorok segítségével állítják elő, és a feszültségszabályozás után továbbítják a fogyasztóhoz. AC feszültség otthoni hálózat 220 V különböző tápegységekben elektronikus eszközök könnyen konvertálható alacsonyabb értékre transzformátorok használatakor.
Hasonlóan, mivel egy ideális feszültségforrás állandó feszültséget hoz létre a kimeneten, az áramforrás feladata az, hogy állandó áramértéket adjon, automatikusan szabályozva a szükséges feszültséget. Ilyenek például az áramváltók (szekunder tekercselés), a fotocellák, a tranzisztorok kollektoráramai.
A valódi feszültségforrásoknak saját elektromos ellenállásuk van, amelyet "belső ellenállásnak" neveznek. A forrás kimeneteire csatlakoztatott terhelést "külső ellenállásnak" nevezik - R.
Az akkumulátor EMF-et generál:
ε = E/Q, ahol:
Az akkumulátorcella teljes emf-e a nyitott áramköri feszültsége, amikor nincs terhelés. Digitális multiméterrel jó pontossággal vezérelhető. Az akkumulátor kimeneti érintkezőin mért potenciálkülönbség, amikor az akkumulátor terhelési ellenállásra van csatlakoztatva, kisebb lesz, mint a feszültsége, amikor az áramkör nyitva van, a külső terhelésen és a forrás belső ellenállásán átfolyó áram miatt. , ez hősugárzás formájában energia disszipációhoz vezet benne .
A vegyi akkumulátor belső ellenállása egy ohm töredéke és néhány ohm között van, és főként az akkumulátorban használt elektrolitikus anyagok ellenállásával függ össze.
Ha egy R ellenállású ellenállást csatlakoztatunk egy akkumulátorhoz, az áramkörben az áram I = ε/(R + r).
A belső ellenállás nem állandó érték. Ezt befolyásolja az akkumulátor típusa (lúgos, ólom-savas stb.), és a terhelési értéktől, a hőmérséklettől és az akkumulátor korától függően változik. Például az eldobható akkumulátorokban használat közben megnő a belső ellenállás, és ezért a feszültség addig csökken, amíg el nem éri a további felhasználásra alkalmatlan állapotot.
Ha a forrás EMF egy előre meghatározott érték, akkor a forrás belső ellenállását a terhelésellenálláson átfolyó áram mérésével határozzuk meg.
Példa. Egy ismert EMF ε = 1,5 V-os akkumulátort sorba kell kötni egy izzóval. A feszültségesés az izzón 1,2 V. Ezért az elem belső ellenállása feszültségesést hoz létre: 1,5 - 1,2 \u003d 0,3 V. Az áramkörben lévő vezetékek ellenállása elhanyagolhatónak tekinthető, a lámpa ellenállása nem ismert. Az áramkörön áthaladó mért áram: I \u003d 0,3 A. Meg kell határozni az akkumulátor belső ellenállását.
Rövidzárlat esetén a külső ellenállás majdnem nullára csökken. Az áramerősség csak kis forrásellenállással korlátozható. Az ilyen helyzetben keletkező áramerősség olyan nagy, hogy az áram hőhatása miatt a feszültségforrás megsérülhet, és tűzveszély áll fenn. A tűzveszély elkerülhető biztosítékok beépítésével, például az autó akkumulátoráramköreibe.
Feszültségforrás belső ellenállása - fontos tényező amikor eldönti, hogyan adja át a leghatékonyabb teljesítményt a csatlakoztatott elektromos készülékre.
Fontos! A maximális teljesítményátvitel akkor következik be, ha a forrás belső ellenállása megegyezik a terhelés ellenállásával.
Azonban ebben a feltételben, emlékezve a P \u003d I² x R képletre, azonos mennyiségű energiát adnak a terhelésnek, és magában a forrásban disszipálják, és hatékonysága csak 50%.
A terhelési követelményeket alaposan meg kell fontolni a forrás legjobb felhasználásának eldöntéséhez. Például egy ólom-savas autóakkumulátornak viszonylag alacsony, 12 V-os feszültség mellett nagy áramot kell biztosítania. Alacsony belső ellenállása ezt lehetővé teszi.
Bizonyos esetekben a nagyfeszültségű tápegységeknek rendkívül nagy belső ellenállással kell rendelkezniük a rövidzárlati áram korlátozása érdekében.
Az ideális áramforrásnak végtelen ellenállása van, de az eredeti forrásokhoz el lehet képzelni egy hozzávetőleges változatot is. Az egyenértékű áramkör a forrással párhuzamosan kapcsolt ellenállás és egy külső ellenállás.
Az áramforrás kimenő árama a következőképpen oszlik meg: az áram egy része a legnagyobb belső ellenálláson és az alacsony terhelési ellenálláson keresztül folyik.
A kimeneti áram a belső ellenállás és a terhelés Io \u003d Ir + Ivn összegéből származik.
Kiderül:
In \u003d Io - Ivn \u003d Io - Un / r.
Ez a függőség azt mutatja, hogy amikor az áramforrás belső ellenállása növekszik, annál jobban csökken az áramerősség, és a terhelési ellenállás kapja az áram nagy részét. Érdekes módon a feszültség nem befolyásolja az aktuális értéket.
Valódi forrás kimeneti feszültsége:
Uout \u003d I x (R x r) / (R + r) \u003d I x R / (1 + R / r). Értékelje ezt a cikket:
