완전한 회로에 대한 옴의 법칙의 정의는 실제 회로의 전류 값을 의미하며 전류원과 부하 저항에 따라 달라집니다. 이 법칙은 폐쇄 회로에 대한 옴의 법칙이라는 또 다른 이름을 가지고 있습니다. 이 법의 작용원리는 다음과 같다.
가장 간단한 예로, 전류원과 함께 전류를 소비하는 전기 램프는 닫힌 램프에 지나지 않습니다. 이 전기 회로는 그림에 명확하게 표시되어 있습니다.
전구를 통과하는 전류는 전류원 자체도 통과합니다. 따라서 회로를 통과하는 동안 전류는 도체의 저항뿐만 아니라 전류원 자체의 저항도 직접 겪게 됩니다. 소스에서 저항은 플레이트와 플레이트 사이에 위치한 전해질에 의해 생성됩니다. 경계층플레이트 및 전해질. 폐쇄 회로에서 총 저항은 전구 저항과 전류원의 합으로 구성됩니다.
부하 저항 이 경우전류원에 연결된 전구를 외부 저항이라고 합니다. 전류원의 직접 저항을 내부 저항이라고 합니다. 프로세스를 보다 시각적으로 표현하려면 모든 값을 조건부로 지정해야 합니다. I - , R - 외부 저항, r - 내부 저항. 전류가 전기 회로를 통해 흐를 때 이를 유지하기 위해서는 외부 회로의 양단 사이에 IxR 값을 갖는 전위차가 있어야 합니다. 그러나 내부 회로에서도 전류 흐름이 관찰됩니다. 이것은 내부 회로에서 전류를 유지하기 위해 저항 r의 끝에서도 전위차가 필요하다는 것을 의미합니다. 이 전위차의 값은 Iхr과 같습니다.
배터리는 회로에서 필요한 전류를 유지할 수 있는 다음 기전력 값을 가져야 합니다. E \u003d IxR + Ixr. 공식에서 배터리의 기전력은 외부와 내부의 합임을 알 수 있습니다. 현재 값은 대괄호에서 꺼내야합니다. E \u003d I (r + R) . 그렇지 않으면 다음과 같이 상상할 수 있습니다. I=E/(r+R) . 마지막 두 공식은 완전한 회로에 대한 옴의 법칙을 나타내며 그 정의는 다음과 같습니다. 폐쇄 회로에서 전류 강도는 기전력에 정비례하고 이 회로의 저항 합계에 반비례합니다.
소스는 기계, 화학, 열 및 기타 형태의 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치입니다. 즉, 소스는 전기를 생성하도록 설계된 활성 네트워크 요소입니다. 다른 유형전력망에서 사용 가능한 소스는 전압 소스와 전류 소스입니다. 전자공학에서 이 두 가지 개념은 서로 다릅니다.
전압원은 2개의 극을 가진 장치이며 전압은 항상 일정하며 이를 통과하는 전류는 영향을 미치지 않습니다. 이러한 소스는 내부 저항이 0인 이상적입니다. 현실적으로는 얻을 수 없습니다.
전압원의 음극에서 과도한 전자가 양극에 축적됩니다. 폴의 상태는 소스 내부의 프로세스에 의해 유지됩니다.
배터리는 내부에 화학 에너지를 저장하고 전기 에너지로 변환할 수 있습니다. 배터리는 재충전할 수 없다는 단점이 있습니다.
배터리는 충전식 배터리입니다. 충전할 때 전기 에너지는 화학 에너지의 형태로 내부에 저장됩니다. 언로딩 중에는 화학 공정이 반대 방향으로 진행되고 전기 에너지가 방출됩니다.
예:
중요한!낮은 전류에서 배터리와 축전지는 이상적인 전압 소스에 대한 좋은 근사치로 볼 수 있습니다.
전기는 발전기의 도움으로 발전소에서 생산되며 전압 조정 후 소비자에게 전송됩니다. 교류 전압 홈 네트워크다양한 전원 공급 장치의 220V 전자 기기변압기를 사용할 때 더 낮은 값으로 쉽게 변환됩니다.
비유하자면 이상적인 전압원은 출력에서 정전압을 생성하므로 전류원의 임무는 정전류 값을 제공하여 필요한 전압을 자동으로 제어하는 것입니다. 예를 들면 변류기(2차 권선), 광전지, 트랜지스터의 컬렉터 전류가 있습니다.
실제 전압 소스에는 "내부 저항"이라고 하는 자체 전기 저항이 있습니다. 소스의 출력에 연결된 부하는 "외부 저항" - R이라고 합니다.
배터리 팩은 EMF를 생성합니다.
ε = E/Q, 여기에서:
배터리 셀의 총 emf는 부하가 없을 때의 개방 회로 전압입니다. 디지털 멀티미터로 정밀하게 제어할 수 있습니다. 부하 저항에 연결될 때 배터리의 출력 접점에서 측정된 전위차는 외부 부하와 소스의 내부 저항을 통해 흐르는 전류로 인해 회로가 열려 있을 때 전압보다 작습니다. , 이는 열복사 로 에너지 소실 을 초래 합니다 .
화학 배터리의 내부 저항은 1옴에서 몇 옴 사이이며 주로 배터리에 사용되는 전해 재료의 저항과 관련이 있습니다.
저항이 R인 저항이 배터리에 연결되어 있으면 회로의 전류는 I = ε/(R + r)입니다.
내부 저항은 일정한 값이 아닙니다. 배터리의 종류(알카라인, 납산 등)에 영향을 받으며 배터리의 부하 값, 온도 및 노후화에 따라 달라집니다. 예를 들어 일회용 배터리의 경우 사용 중에 내부 저항이 증가하므로 추가 사용에 부적합한 상태에 도달할 때까지 전압이 떨어집니다.
소스 EMF가 미리 정해진 값이라면 부하 저항을 통해 흐르는 전류를 측정하여 소스의 내부 저항을 결정합니다.
예시.알려진 EMF ε = 1.5V의 배터리가 전구와 직렬로 연결됩니다. 전구 양단의 전압 강하는 1.2V입니다. 따라서 요소의 내부 저항은 1.5-1.2 \u003d 0.3V의 전압 강하를 생성합니다. 회로의 전선 저항은 무시할 수있는 것으로 간주되며 램프의 저항은 불명. 회로를 통과하는 측정된 전류: I \u003d 0.3A. 배터리의 내부 저항을 결정해야 합니다.
언제 단락외부 저항은 거의 0으로 떨어집니다. 전류는 작은 소스 저항에 의해서만 제한될 수 있습니다. 이러한 상황에서 발생하는 전류는 전류의 열적 영향에 의해 전압원이 손상될 수 있을 정도로 높으며 화재의 위험이 있습니다. 예를 들어 자동차 배터리 회로에 퓨즈를 설치하면 화재 위험을 방지할 수 있습니다.
전압 소스 내부 저항 - 중요한 요소연결된 전기 제품에 가장 효율적인 전력을 전송하는 방법을 결정할 때.
중요한!최대 전력 전송은 소스의 내부 저항이 부하의 저항과 같을 때 발생합니다.
그러나이 조건에서 P \u003d I² x R 공식을 기억하면 동일한 양의 에너지가 부하에 주어지고 소스 자체에서 소산되며 효율은 50 %에 불과합니다.
부하 요구 사항을 신중하게 고려하여 소스를 가장 잘 사용하도록 결정해야 합니다. 예를 들어 납산 자동차 배터리는 12V의 상대적으로 낮은 전압에서 높은 전류를 제공해야 합니다. 내부 저항이 낮기 때문에 그렇게 할 수 있습니다.
경우에 따라 고전압 전원 공급 장치는 단락 전류를 제한하기 위해 매우 높은 내부 저항을 가져야 합니다.
이상적인 전류 소스는 저항이 무한하지만 실제 소스의 경우 대략적인 버전을 상상할 수 있습니다. 등가 회로는 소스에 병렬로 연결된 저항과 외부 저항입니다.
전류 소스의 전류 출력은 다음과 같이 분배됩니다. 전류의 일부는 가장 높은 내부 저항과 낮은 부하 저항을 통해 흐릅니다.
출력 전류는 내부 저항의 전류와 부하 Io \u003d Ir + Ivn의 합에서 나옵니다.
그것은 밝혀:
In \u003d Io-Ivn \u003d Io-Un / r.
이 종속성은 전류 소스의 내부 저항이 증가하면 전류가 더 많이 감소하고 부하 저항이 대부분의 전류를 수신한다는 것을 보여줍니다. 흥미롭게도 전압은 전류 값에 영향을 미치지 않습니다.
실제 소스 출력 전압:
Uout \u003d I x (R x r) / (R + r) \u003d I x R / (1 + R / r). 이 기사 평가:
발전기, 갈바니 셀 또는 배터리와 같은 전류 소스와 저항 R을 갖는 저항을 포함하는 간단한 전기 폐쇄 회로가 있다고 가정합니다. 회로의 전류는 어디에서나 차단되지 않으므로 소스 내부에도 흐릅니다. .
이러한 상황에서 모든 소스에는 전류를 방지하는 내부 저항이 있다고 말할 수 있습니다. 이 내부 저항은 전류 소스를 특징 짓고 문자 r로 표시됩니다. 배터리의 경우 내부 저항은 전해액과 전극의 저항, 발전기의 경우 고정자 권선의 저항 등입니다.
따라서 전류원은 EMF 값과 자체 내부 저항 r 값으로 특징 지어집니다. 이 두 특성은 모두 소스의 품질을 나타냅니다.
예를 들어 Van de Graaff 발전기 또는 Wimshurst 발전기와 같은 정전기 고전압 발전기는 수백만 볼트로 측정되는 거대한 EMF를 가지고 있지만 내부 저항은 수백 메가옴으로 측정되므로 생성에 적합하지 않습니다. 큰 전류.
반대로 갈바니 전지(예: 배터리)는 1볼트 정도의 EMF를 갖지만 내부 저항은 분수 정도 또는 최대 10옴이므로 단위 및 수십 암페어의 전류가 가능합니다. 갈바니 전지에서 얻을 수 있습니다.
이 다이어그램은 부하가 연결된 실제 소스를 보여줍니다. 여기에 내부 저항과 부하 저항이 표시됩니다. 에 따르면, 이 회로의 전류는 다음과 같습니다.
외부 회로의 단면이 균일하기 때문에 옴의 법칙에서 부하 양단의 전압을 찾을 수 있습니다.
첫 번째 방정식에서 부하 저항을 표현하고 그 값을 두 번째 방정식에 대입하면 폐쇄 회로에서 전류에 대한 부하에 대한 전압의 의존성을 얻습니다.
폐쇄 회로에서 EMF는 외부 회로 요소와 소스 자체의 내부 저항에 대한 전압 강하의 합과 같습니다. 부하 전류에 대한 부하 전압의 의존성은 이상적으로는 선형입니다.
그래프는 이를 보여주지만 실제 저항(그래프 근처에서 교차)에 대한 실험 데이터는 항상 이상적인 것과 다릅니다.
실험과 논리에 따르면 부하 전류가 0일 때 외부 회로의 전압은 소스의 EMF와 같고 부하에서 전압이 0일 때 회로의 전류는 . 실제 회로의 이러한 속성은 실제 소스의 EMF 및 내부 저항을 실험적으로 찾는 데 도움이 됩니다.
내부 저항의 실험적 발견
이러한 특성을 실험적으로 결정하려면 부하 전압 대 전류의 그래프를 만든 다음 축과의 교차점으로 추정합니다.
전압 축과 그래프의 교차점에는 소스의 EMF 값이 있고 전류 축과의 교차점에는 단락 전류의 크기가 있습니다. 결과적으로 내부 저항은 다음 공식으로 구합니다.
소스에서 생성된 유용한 전력이 부하에 할당됩니다. 이 전력이 부하 저항에 의존하는 그래프가 그림에 나와 있습니다. 이 곡선은 영점에서 좌표축의 교차점에서 시작하여 최대 전력 값으로 증가한 다음 부하 저항이 무한대와 같을 때 0으로 떨어집니다.
주어진 소스에 대해 이론적으로 최대 전력이 발생하는 최대 부하 저항을 찾기 위해 R에 대한 전력 공식의 미분을 취하여 0과 동일시합니다. 소스의 내부 저항과 동일한 외부 회로의 저항으로 최대 전력이 발생합니다.
R = r에서의 최대 전력에 대한 이 설명은 부하 저항 값에 대한 부하에서 방출된 전력의 의존성을 플로팅하여 소스의 내부 저항을 실험적으로 찾을 수 있게 합니다. 최대 전력을 제공하는 이론이 아닌 실제 부하 저항을 찾으면 전원의 실제 내부 저항이 결정됩니다.
전류 소스의 효율은 총 전력에 대한 부하에 할당된 최대 전력의 비율을 나타내며, 이 순간발전하다
실습 #8
주제: "전류원의 기전력 및 내부 저항 결정».
표적:소스의 기전력과 내부 저항을 결정하는 방법을 배웁니다. 전기 에너지.
장비: 1. 실험실 전류계;
2. 전기에너지원
3. 연결 전선,
4. 저항 2옴 및 4옴 세트;
5. 단극 스위치; 열쇠.
이론.
모든 소스의 극에서 전위차가 발생하는 것은 양전하와 음전하가 분리된 결과입니다. 이 분리는 외부 힘에 의해 수행된 작업으로 인해 발생합니다.
전류 소스에서 자유 전하 캐리어에 작용하는 비전기 기원의 힘을 호출합니다. 외세.
전하가 회로를 통해 이동할 때 직류전류원 내부에 작용하는 외력이 작용합니다.
물리량, 작업의 비율과 동일 A st 전류 소스 내부의 전하 q를이 전하의 값으로 이동할 때 외부 힘의 값을 호출합니다.소스 기전력(EMF):
EMF는 단일 양전하를 움직일 때 외력에 의해 수행된 작업에 의해 결정됩니다.
전위차와 마찬가지로 기전력은 다음과 같이 측정됩니다. 볼트[에].
EMF를 측정하려면소스, 당신이 필요 가입하다그에게 개방 회로 전압계.
전류원은 도체이며 항상 약간의 저항이 있으므로 전류가 열을 발생시킵니다. 이 저항은 소스 내부 저항그리고 표시 아르 자형.
회로가 열려 있으면 외력의 작용이 전류원의 위치 에너지로 변환됩니다. 폐쇄 회로에서이 위치 에너지는 저항 R이있는 외부 회로와 저항 r이있는 회로의 내부 부분에서 전하를 이동시키는 작업에 소비됩니다. ε = IR + Ir .
회로가 저항 R과 내부 저항 r이 있는 외부 부품으로 구성된 경우 에너지 보존 법칙에 따라 소스의 EMF는 회로의 외부 및 내부 섹션의 전압의 합과 같습니다. , 왜냐하면 폐쇄 회로를 따라 이동할 때 전하는 원래 위치로 돌아갑니다. IR는 회로 외부 부분의 전압이고, 이르- 회로 내부 섹션의 전압.
따라서 EMF를 포함하는 회로 섹션의 경우:
이 공식은 완전한 회로에 대한 옴의 법칙 : 완전한 회로의 전류 강도는 소스의 기전력에 정비례하고 회로의 외부 및 내부 섹션 저항의 합에 반비례합니다.
ε 및 r은 경험적으로 결정될 수 있습니다.
종종 전기 에너지원은 회로에 전원을 공급하기 위해 상호 연결됩니다. 배터리의 소스 연결은 직렬 및 병렬이 될 수 있습니다.
직렬 연결에서는 두 개의 인접한 소스가 반대 극으로 연결됩니다.
즉, 배터리의 직렬 연결을 위해 ″plus″에 전기 회로첫 번째 배터리의 양극 단자를 연결하십시오. 두 번째 배터리의 양극 단자는 음극 단자 등에 연결됩니다. 마지막 배터리의 음극 단자는 전기 회로의 "마이너스"에 연결됩니다.
직렬 연결로 인한 배터리는 단일 배터리와 동일한 용량을 가지며 이러한 배터리의 전압은 포함된 배터리 전압의 합과 같습니다. 저것들. 배터리의 전압이 같으면 배터리 전압은 하나의 배터리 전압에 배터리의 배터리 수를 곱한 것과 같습니다.
1. 배터리의 EMF는 개별 소스의 EMF 합계와 같습니다.ε= ε1 + ε2 + ε3
2 . 소스 배터리의 총 저항은 개별 소스의 내부 저항의 합과 같습니다. r 배터리 = r 1 + r 2 + r 3
n 개의 동일한 소스가 배터리에 연결되면 배터리 EMF ε= nε 1, 배터리 저항 r = nr 1
3.
병렬로 연결하면 2개 이상의 모든 양극과 모든 음극이n 소스.
즉, 병렬로 연결하면 모든 배터리의 양극 단자가 전기 회로의 한 지점("플러스")에 연결되고 모든 배터리의 음극 단자가 회로의 다른 지점에 연결되도록 배터리가 연결됩니다. ("마이너스").
병렬로만 연결 출처와 함께 동일한 EMF. 병렬 연결로 인한 배터리는 단일 배터리와 동일한 전압을 가지며 이러한 배터리의 용량은 포함된 배터리 용량의 합과 같습니다. 저것들. 배터리의 용량이 동일한 경우 배터리 용량은 배터리 1개의 용량에 배터리의 배터리 수를 곱한 것과 같습니다.
1. 동일한 소스의 배터리 EMF는 한 소스의 EMF와 같습니다.ε= ε 1 = ε 2 = ε 3
2.
배터리 저항은 단일 소스의 저항보다 작습니다. r 배터리 = r 1 /n
3.
옴의 법칙에 따른 회로의 전류 강도
배터리에 저장된 전기 에너지는 배터리가 병렬 또는 직렬로 연결되었는지 여부에 관계없이 개별 배터리의 에너지 합(배터리가 동일한 경우 개별 배터리의 에너지 곱)과 동일합니다. .
동일한 기술로 제조된 배터리의 내부 저항은 배터리 용량에 거의 반비례합니다. 따라서 병렬 연결의 경우 배터리 용량은 포함 된 배터리 용량의 합, 즉 증가하므로 내부 저항이 감소합니다.
진전.
1. 테이블 그리기:
2. 전류계 눈금을 고려하고 한 구획의 가격을 결정하십시오.
3. 그림 1에 표시된 다이어그램에 따라 전기 회로를 만드십시오. 스위치를 중간 위치에 놓으십시오.
그림 1.
4. 더 낮은 저항 R을 도입하여 회로를 닫습니다. 1 1 . 체인을 엽니다.
5. 더 많은 저항 R을 도입하여 회로를 닫습니다. 2 . 현재 I의 값을 기록하십시오. 2 . 체인을 엽니다.
6. EMF 값과 전기 에너지원의 내부 저항을 계산합니다.
각 경우에 대한 완전한 회로에 대한 옴의 법칙:그리고
여기에서 ε 및 r을 계산하기 위한 공식을 얻습니다.
7. 모든 측정 및 계산 결과를 표에 기록합니다.
8. 결론을 내립니다.
9. 보안 질문에 답하십시오.
테스트 질문.
1. 열기 물리적 의미"전류원의 기전력"의 개념.
2. 얻은 측정 결과와 전체 회로에 대한 옴의 법칙을 사용하여 회로 외부 섹션의 저항을 결정합니다.
3. 저항 r에 비해 배터리를 직렬로 연결할 때 내부 저항이 증가하고 병렬로 연결할 때 감소하는 이유를 설명하십시오. 0 하나의 배터리.
4. 발전기 단자에 연결된 전압계는 어떤 경우 발전기 EMF를 나타내며 어떤 경우 회로의 외부 섹션 끝의 전압입니까? 이 전압은 회로의 내부 섹션 끝의 전압으로도 간주될 수 있습니까?
측정 옵션.
경험 1.저항 R 1 \u003d 2 옴, 전류 강도 I 1 \u003d 1.3A
저항 R 2 \u003d 4 옴, 전류 강도 I 2 \u003d 0.7A
도체의 끝에서, 따라서 전류는 전하의 분리가 발생하는 비전기적 성질의 외력을 가질 필요가 있습니다.
제3자 세력정전기(즉, 쿨롱)를 제외하고 회로에서 전하를 띤 입자에 작용하는 모든 힘을 호출합니다.
발전기, 발전소, 갈바니 셀, 배터리 등 모든 전류원 내부에서 움직이는 대전 입자에 제3자 힘이 작용합니다.
회로가 닫히면 회로의 모든 도체에 전기장이 생성됩니다. 전류 소스 내부에서 전하는 쿨롱 힘(전자가 양전하 전극에서 음전하 전극으로 이동)에 대한 외력의 작용에 따라 움직이고 나머지 회로에서는 전계에 의해 구동됩니다(위 그림 참조). ).
현재 소스에서 하전 입자 분리 작업 과정에서 변환이 발생합니다. 다른 유형에너지를 전기로. 변환된 에너지의 종류에 따라 다음과 같은 종류의 기전력이 구분됩니다.
- 정전기- 마찰 중에 기계적 에너지가 전기 에너지로 변환되는 전기 영동 장치에서;
- 열전기- 열전소자에서 서로 다른 금속으로 만들어진 두 와이어의 가열 접합부의 내부 에너지는 전기 에너지로 변환됩니다.
- 광전지— 광전지에서. 여기에서 빛 에너지는 전기 에너지로 변환됩니다. 예를 들어 셀레늄, 구리 산화물 (I), 실리콘과 같은 일부 물질이 조명되면 음전하 손실이 관찰됩니다.
- 화학적인- 갈바니 전지, 배터리 및 화학 에너지가 전기 에너지로 변환되는 기타 소스.
기전력(EMF)- 현재 소스의 특성. EMF의 개념은 1827년 G. 옴에 의해 DC 회로에 대해 소개되었습니다. 1857년 Kirchhoff는 EMF를 폐회로를 따라 단위 전하가 이동하는 동안 외부 힘의 작용으로 정의했습니다.
ɛ \u003d A st / q,
어디 ɛ - 현재 소스의 EMF, 세인트- 외력의 작용, 큐전송된 요금의 양입니다.
기전력은 볼트로 표시됩니다.
우리는 회로의 모든 부분에서 기전력에 대해 이야기할 수 있습니다. 이것은 전체 회로가 아니라 이 영역에서만 외력의 특정 작업(단위 전하를 이동시키는 작업)입니다.
전류원(예: 갈바닉 셀, 배터리 또는 발전기)과 저항이 있는 저항기로 구성된 간단한 폐쇄 회로가 있다고 가정합니다. 아르 자형. 폐쇄 회로의 전류는 어디에서도 중단되지 않으므로 전류 소스 내부에도 존재합니다. 모든 소스는 전류에 대한 약간의 저항을 나타냅니다. 라고 불린다 전류 소스 내부 저항그리고 문자로 표기 아르 자형.
발전기에서 아르 자형- 이것은 갈바니 전지에서 권선의 저항 - 전해질 용액과 전극의 저항입니다.
따라서 전류 소스는 품질을 결정하는 EMF 값과 내부 저항이 특징입니다. 예를 들어 정전기 기계는 매우 높은 EMF(최대 수만 볼트)를 갖지만 동시에 내부 저항도 큽니다(최대 수백 Mohms). 따라서 고전류를 수신하는 데 적합하지 않습니다. 갈바니 셀에서 EMF는 약 1V에 불과하지만 내부 저항도 작습니다(약 1옴 이하). 이를 통해 암페어 단위로 측정된 전류를 수신할 수 있습니다.
