Содержание

ЭДС и напряжение. Внутреннее сопротивление источников питания.

РадиоКот >Обучалка >Аналоговая техника >Основы электроники >

ЭДС и напряжение. Внутреннее сопротивление источников питания.

Ликбез так ликбез!
Несмотря на то, что многие из посетителей этого сайта являются продвинутыми радиокотами и уже успешно занимаются программированием и конструированием, существуют еще отдельные котята, у которых возникают иногда вопросы, связанные с азами радио- (или даже электро) техники.

Итак, вернемся к азам… По азу- я всех везу! Ой! Это из другой оперы…

Закон Ома. Вот я о чем.

О законе Ома мы уже говорили. Поговорим еще раз – с несколько иной стороны. Не вдаваясь в физические подробности и выражаясь простым кошачьим языком, закон Ома гласит: чем больше э.д.с. ( электродвижущая сила), тем больше ток, чем больше сопротивление, тем меньше ток.

Переведя сие заклинание на язык сухих формул получаем:

I=E/R

где:
I – сила тока,
E – Э.Д.С. – электродвижущая сила
R – сопротивление

Ток измеряется в амперах, э.д.с. – в вольтах, а сопротивление носит гордое имя товарища Ома.
Э.д.с. – это есть характеристика идеального генератора, внутренне сопротивление которого принято считать бесконечно малым. В реальной жизни такое бывает редко, поэтому в силу вступает закон Ома для последовательной цепи (более знакомый нам):

I=U/R

где:
U – напряжение источника непосредственно на его клеммах.

Рассмотрим простой пример.

Представим себе обычную батарейку в виде источника э.д.с. и включенного последовательно с ним некоего резистора, который будет олицетворять собой внутреннее сопротивление батарейки. Подключим параллельно батарейке вольтметр.

Его входное сопротивление значительно больше внутреннего сопротивления батарейки, но не бесконечно большое – то есть, через него потечет ток. Величина напряжения, которую покажет вольтметр будет меньше величины э.д.с. как раз на величину падения напряжения на внутреннем воображаемом резисторе при данном токе.
Но, тем не менее именно эта величина и принимается за напряжение батарейки.

Формула конечного напряжения при этом будет иметь следующий вид:

U(бат)=E-U(внутр)

Так как со временем у всех элементов питания внутреннее сопротивление увеличивается, то и падение напряжения на внутреннем сопротивлении тоже увеличивается. При этом напряжение на клеммах батарейки уменьшается. Мяу!

Разобрались!

Что же происходит, если вместо вольтметра к батарейке подключить амперметр? Так как собственное сопротивление амперметра стремится к нулю, мы фактически будем измерять ток, протекающий через внутреннее сопротивление батарейки.

Так как внутренне сопротивление источника очень небольшое, измеренный при этом ток может достигать н ескольких ампер.

Однако следует заметить, что внутреннее сопротивление источника является таким же элементом цепи, как и все остальные. Поэтому при увеличении тока нагрузки падение напряжения на внутреннем сопротивлении также увеличится, что приводит к уменьшению напряжения на нагрузке. Или как мы, радиокоты, любим выражаться – к просадке напруги.

Чтобы изменение нагрузки как можно меньше влияло на выходное напряжение источника его внутреннее сопротивление стараются свести к минимуму.

Можно так подобрать элементы последовательной цепи, чтобы на каком-нибудь из них получить напряжение, уменьшенное, по сравнению с исходным, во сколько угодно раз.

Простейший делитель напряжения состоит из двух резисторов.
Чем меньшую часть исходного напряжения мы хотим получить и передать в нагрузку, тем меньше должно быть сопротивление резистора, с которого оно снимается. Кроме того, сопротивление этого резистора должно быть значительно меньше, чем сопротивление нагрузки, иначе подключение нагрузки изменит сопротивление всего участка, и напряжение на нем изменится.

Частенько вместо одного из резисторов делителя используют саму нагрузку. В этом случае второй резистор, на котором гасится избыток напряжения, называют гасящим сопротивлением.

Подключив резистор параллельно нагрузке, можно уменьшить идущий через нее ток. Резистор, который включается для ответвления лишнего тока, порядочные коты называют шунтом (ШУНТ в переводе на русский – обходной путь).

Нормальные герои всегда идут шунтом! (Шутка!)

Чем меньше сопротивление шунта, тем большая часть тока пойдет через него и меньшая через нагрузку.
Уф! Запарилась писать такие объемы на своей КПКошке…
Вопросы есть? Будут – пишите. Может, чего еще из школьной программы вспомню.

<<–Вспомним пройденное—-Поехали дальше–>>


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

Напряжение эдс формула. Внутреннее сопротивление – источник

Внутреннее сопротивление источников тока пренебрежимо мало.
Внутреннее сопротивление источника тока пренебрежимо мало.
Внутреннее сопротивление источника тока, рассчитанное по данной формуле, будет, строго говоря, действительно только для данного интервала нагрузок вследствие того, что поляризация не пропорциональна плотности тока.
Внутреннее сопротивление источника тока – сопротивление, которым обладает, источник тока. Это важная характеристика всякого источника тока, определяющая его внутреннее падение напряжения, напряжение, которое может создать источник на концах питаемой им цепи, и тот наибольший ток, который может дать источник при коротком замыкании.
Внутреннее сопротивление источника тока – сопротивление, которым обладает источник тока.
Внутренним сопротивлением источника тока, сопротивлениями соединительных проводов и контактов в ключах пренебречь.

Чему равно внутреннее сопротивление источника тока, ЭДС которого равна 30 В, если после включения внешней цепи сопротивлением 6 Ом напряжение на зажимах батареи стало равным 18 В.
Отсюда находим внутреннее сопротивление источника тока.
Здесь и далее внутренним сопротивлением источника тока и подводящих проводов следует пренебречь, если оно не задано в условии.
Здесь тэар при небольшом внутреннем сопротивлении источника тока и соответственно небольшом сопротивлении лампы rgK относительно невелико. Соответственно тзар, определяющееся в основном высоким сопротивлением RgK (получающимся в результате того, что при разряде потенциал сетки оказывается под отрицательным потенциалом относительно катода), становится во много раз больше, чем тзар и длина экспоненциального импульса на выходе (считая продолжительность для половины амплитуды) в несколько десятков раз превышает длительность импульса, по-данного на вход.

Определить электродвижущую силу и внутреннее сопротивление источника тока, если при одном положении движка реостата амперметр показывает 0 2 А, вольтметр – 1 8 В, а при другом положении движка – 0 4 Аи 1 6 В соответственно.
Обозначим через г – внутреннее сопротивление источника тока, через R – сопротивление каждого из вольтметров.
Ничем, так как внутреннее сопротивление источника тока бесконечно велико.
Сначала определим ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока.

Напряжение на клеммах = напряжение без нагрузки – внутреннее сопротивление сила тока. Резюме: если источник тока или напряжения не загружен потребителем, ток не течет, и поэтому нет падения напряжения. На контактах источника питания можно измерять напряжение разомкнутой цепи. Когда к источнику питания подключена нагрузка, ток течет, а исходное напряжение разомкнутой цепи разделяется между сопротивлением нагрузки и внутренним сопротивлением источника питания.

Ток короткого замыкания: Наконец, существует третья возможность короткого замыкания контактов источника тока или напряжения. В то же время максимальный ток, который источник может обеспечить потоками. Он ограничен сопротивлением линии и внутренним сопротивлением источника напряжения. Важно: ток короткого замыкания, но напряжение короткого замыкания не существует теоретически. Существует ток короткого замыкания, который по определению является током, который течет, когда ток или источник напряжения закорочены.

Для определения ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока к его выходу был подключен сначала резистор сопротивлением Д 2 Ом, затем – резистор сопротивлением Л2 4 Ом.
Наклон этих кривых определяется внутренним сопротивлением источника тока. В это понятие включается обычно как собственно омическое сопротивление, так и сопротивление, обусловленное поляризацией.

Здесь пренебрегают сопротивлением соединительных проводников и внутренним сопротивлением источника тока.
Для создания такого режима необходимо, чтобы внутреннее сопротивление источника тока было больше сопротивления базо-эмиг-терного перехода как в открытом, так и в закрытом состоянии. Чаще всего это условие выполняется при включении последовательно входу транзнсюра индуктивной катушки, которая одновременно является контурной катушкой.
При прохождении тока часть мощности выделяется на внутреннем сопротивлении источника тока.
К каким отрицательным последствиям приводит то, что внутреннее сопротивление источника тока дифференциального каскада имеет конечное значение.
Цепь из двух параллельных ветвей. U (в в течение t сек. равна.| Соотношения между единицами энергии. Мощность, передаваемая нагрузке, будет максимальной при раввщ ве внутреннего сопротивления источника тока и сопротивления нагрузки.
Зачастую серьезные недоразумения возникают у учащихся из-за неумения правильно учитывать влияние внутреннего сопротивления источников тока на режим работы всей электрической цепи. Ряд задач параграфа (например, 383, 385, 386, 392 – 395 и др.) посвящен специально выяснению этого вопроса, а также выяснению вопроса о выборе наиболее выгодных условий работы источников тока.
Кристаллы аммиаката цинка не-электропроводны, и образование этого соединения приводит к увеличению внутреннего сопротивления источника тока.
В любом замкнутом контуре (например, а ] 6, с алгебраическая сумма электродвижущих сил равна алгебраической сумме произведений величин токов на сопротивления отдельных участков цепи. Вычисляя сумму произведений токов на сопротивления отдельных участков цепи, следует учитывать также и внутренние сопротивления источников тока.
Если предположить, что емкость C0z пренебрежимо мала или включить ее в схему четырехполюсника Q, то внутреннее сопротивление источника тока / g можно считать действительным и равным У.
Получили, что максимальная мощность выделяется на нагрузке при условии, что величина внешнего сопротивления цепи R равна внутреннему сопротивлению источника тока.
Здесь под R понимается сопротивление всех резисторов, образующих цепь (сопротивление нагрузки), а под г – внутреннее сопротивление источника тока.

Существует также напряжение без нагрузки, которое по определению накладывается при отсутствии тока. Цель этой работы состояла в том, чтобы экспериментально определить электродвижущую силу, значение внутреннего сопротивления источника напряжения, используя в качестве параметра вариации восемь резисторов и проверить теорему максимальной передачи мощности от источника к резистивной нагрузке. При проверке условия максимальной передачи мощности наблюдалось, что это явление имело место, когда значения сопротивлений соответствовали, хотя даже с максимальной мощностью эффективность использования источника составляла всего 50%, поскольку половина генерируемой мощности рассеивается как тепло непосредственно в самом источнике.

Здесь под R понимается сопротивление всех резисторов, образующих цепь (сопротивление нагрузки), а под т – внутреннее сопротивление источника тока.
Механическая система и ее электрические модели (метод четырехполюсников. Как уже указывалось выше, внутреннее сопротивление источника напряжения (первая система аналогий) должно быть весьма малым, а внутреннее сопротивление источника тока (вторая система аналогий) – весьма большим, по сравнению с сопротивлением модели.
К положительным качествам рассматриваемого преобразователя следует отнести то, что в нем не предъявляется особо жестких требований к переходному сопротивлению ключей, так как величина их переходного сопротивления составляет лишь незначительную часть внутреннего сопротивления источника тока и не оказывает влияния на точность преобразования.
Итак, при последовательном включении п одинаковых источников тока электродвижущая сила образующейся батареи в п раз превышает электродвижущую силу отдельного источника тока, однако в этом случае складываются не только электродвижущие силы, но также и внутренние сопротивления источников тока. Такое включение является выгодным, когда внешнее сопротивление цепи весьма велико в сравнении с внутренним сопротивлением.
Следует отметить, что схема рис. 1 – 2 6 эквивалентна схеме рис. 1 – 1 а только в отношений энергии, выделяющейся в сопротивлении нагрузки R, и не эквивалентна ей в отношении энергии, выделяющейся во внутреннем сопротивлении источника тока.
Но Сумма разностей потенциалов замкнутой цепи равна нулю, сумма сопротивлений всех участков замкнутой цепи – это ее суммарное сопротивление, которое обычно записывают в виде двух слагаемых: R – внешнее (по отношению к источникам) сопротивление иг – внутреннее сопротивление источников тока.
Второй [ IMAGE ] Схема к примеру. В этом уравнении г и г % – внутренние сопротивления источни-ков тока е и е2 – на схеме не показаны; IR, IR2 и IRS – падения напряжения на внешних сопротивлениях цепи; / г, и / г2 – падения напряжений на внутренних сопротивлениях источников тока.
Внутреннее сопротивление источника тока может быть как чисто активным, так и реактивным.
Зависимость р / ро – отношения (выраженного в децибелах звукового давления на поверхности жесткого цилиндра (с высотой, равной его диаметру, куба, сферы к звуковому давлению, имевшему место в поле до их внесения, от отношения dA (или. /. – диаметра цилиндра или сферы (или ребра куба к длине волны. Параметр семейства кривых – угол Ф между осью цилиндра, куба, сферы и направлением прихода звука. При расчете микрофонных усилителей исходят из следующих соображений. Номинальное сопротивление микрофона является внутренним сопротивлением источника тока на входе усилителя, входное сопротивление усилителя – сопротивлением нагрузки микрофона.
В качестве источников тока в потенциометрии чаще всего применяют аккумуляторы или сухие элементы, значительно реже – стабилизированные источники постоянного тока. Современные потенциометры устроены таким образом, что внутреннее сопротивление источника тока не отражается на работе потенциометра. При работе с сухими батареями и аккумуляторами необходимо учитывать зависимость разрядного тока от времени, которая имеет минимальную крутизну через 10 – 15 мин после включения.
Распределение электрического напряжения вдоль обмотки сверхпроводящего магнита при образовании в нем нормальной зоны. На самом деле (рис. 9.2) высокий потенциал развивается внутри обмотки, где существует активная компонента напряжения, направленная навстречу индуктивной. Небольшая разность потенциалов между подводящими проводами обусловлена внутренним сопротивлением источника тока, который обычно автоматически отключается при переходе магнита в нормальное состояние. Но даже если это не произойдет, напряжение на источнике тока будет составлять всего лишь несколько вольт по сравнению с сотнями и, возможно, тысячами вольт в нормальной зоне. Поэтому напряжением источника можно пренебречь, но источник тока следует по возможности быстро отключить, чтобы не допустить длительного тепловыделения в обмотке и криостате.

Однако было отмечено, что результаты были удовлетворительными. Ключевые слова: резистор, сопротивление, электродвижущая сила, мощность, закон Ом, электроэнергия. Когда мы работаем с электрическими цепями, в некоторых случаях нам нужно устройство, которое поддерживает разность потенциалов между двумя терминалами, потому что, если бы не было этой разности потенциалов, не было бы электрического тока, протекающего по цепи, Для этого типа устройства он называется источником напряжения. Источником напряжения является устройство, которое при подключении к цепи подвергает носители заряда разности потенциалов, то есть обеспечивает энергию для движения через работу, выполняемую на носителях заряда.

Символом Rt на рис. 5.12, а обозначено внутреннее сопротивление источника тока.
Ключ, закорачивающий точку А на землю, с малым сопротивлением в открытом состоянии. Сопротивление открытого ключа обычно пренебрежимо мало по срав-нению с внутренним сопротивлением источника тока. Поэтому падение напряжения на ключе вызывает ничтожную погрешность.
Зависимость зарядного тока гео. На рис. 3 показана зависимость зарядного тока геометрической емкости от времени без учета токов абсорбции. Необходимо отметить, что спад тока в этом случае определяется внутренним сопротивлением источника тока, а не состоянием изоляции.
Хорошо, что при решении задачи Вы воспользовались методом эквивалентного активного двухполюсника. К сожалению, Вы ошиблись в определении значения сопротивления активного двухполюсника R3K: внутреннее сопротивление источника тока бесконечно велико, поэтому пассивный двухполюсник, к которому преобразуется схема рис. 6.13 а, при определении R3K будет содержать два резис-тивных элемента, соединенных последовательно.
К, так как в противном случае в выражении (5.1) должно быть учтено также напряжение непосредственно на входе усилителя. Вторым ограничивающим условием при выводе соотношения (5.1) является предположение о том, что внутреннее сопротивление источника тока весьма мало.
Таким образом, трансформатор изменяет величину сопротивления R в k2 раз. Этим широко пользуются при разработке различных электрических схем для согласования сопротивлений нагрузки с внутренним сопротивлением источников тока.
Основные типы однофазных трансформаторов.| Однофазные трансформаторы большой мощности. Таким образом, трансформатор изменяет величину сопротивления г в k2 раз. Этим свойством широко пользуются ьри разработке различных электрических схем для согласования сопротивлений нагрузки с внутренним сопротивлением источников тока.
Простей-шая электрическая цепь. Закон Ома справедлив не только для участка, но и для всей электрической цепи. В этом случае в значение R подставляется суммарное сопротивление всех элементов цепи, в том числе и внутреннее сопротивление источника тока. Однако при простейших расчетах цепей обычно пренебрегают сопротивлением соединительных проводников и внутренним сопротивлением источника тока.
Цепь постоянного тока. Напряжение, действующее во внешней электрической цепи источника тока, может быть представлено в виде суммы падений напряжения на отдельных элементах этой цепи. Но ведь ток, циркулирующий в цепи, протекает и через источник тока, который имеет свое сопротивление, называемое внутренним сопротивлением источника тока.

Именно факт выполнения работ на несущих нагрузках поддерживает разность потенциалов между терминалами. Эта «энергия», создаваемая источником напряжения, называется электродвижущей силой, также известной как ЭДС. Электродвижущая сила источника напряжения определяется как работа, выполняемая источником для передачи нагрузок от терминала нижней единицы заряда.

Источник напряжения может быть охарактеризован двумя типами: идеальным источником напряжения и фактическим источником напряжения. Идеальный источник напряжения – это тот, который не имеет сопротивления внутреннему перемещению нагрузок с одного терминала на другой. Разность потенциалов между выводами идеального источника равна его электродвижущей силе. В реальном источнике напряжения это не происходит. Внутри источника имеется несколько проводящих материалов, где каждый из них создает определенное сопротивление внутреннему перемещению нагрузок.

Допустим, есть простейшая электрическая замкнутая цепь, включающая в себя источник тока, например генератор, гальванический элемент или аккумулятор, и резистор, обладающий сопротивлением R. Поскольку ток в цепи нигде не прерывается, то и внутри источника он течет.

В такой ситуации можно сказать, что любой источник обладает некоторым внутренним сопротивлением, препятствующим току. Это внутреннее сопротивление характеризует источник тока и обозначается буквой r. Для или аккумулятора внутреннее сопротивление – это сопротивление раствора электролита и электродов, для генератора – сопротивление обмоток статора и т. д.

Рассматривая сопротивление, исходящее от всех проводников, встроенных в источник, мы можем определить их как единый резистор, эквивалентное сопротивление которого равно сумме сопротивлений всех проводников. Идеализация реального источника напряжения будет рассматривать его как идеальный источник напряжения, но с внутренним сопротивлением. Поэтому, когда реальный источник не подключен к цепи, разность потенциалов между выводами этого в точности равна значению его электродвижущей силы. С момента, когда источник подключен к цепи, он проводит ток, создавая разность потенциалов на выводах меньше, чем его электродвижущая сила.

Таким образом, источник тока характеризуется как величиной ЭДС, так и величиной собственного внутреннего сопротивления r – обе эти характеристики свидетельствуют о качестве источника.

Электростатические высоковольтные генераторы (как генератор Ван де Граафа или генератор Уимшурста), к примеру, отличаются огромной ЭДС измеряемой миллионами вольт, при этом их внутреннее сопротивление измеряется сотнями мегаом, потому они и непригодны для получения больших токов.

Через источник напряжения, а работа, выполняемая источником на зарядке, определяется уравнением, т. е. Согласно закону сохранения энергии работа, выполняемая источником, равна тепловой энергии, рассеиваемой в резисторах. Манипулируя уравнением, имеем. Разделив обе части уравнения на.

Тем не менее, разделив оба члена на. Целью эксперимента является определение значения внутреннего сопротивления источника напряжения и его электродвижущей силы. Для этого мы применяем метод, называемый методом сохранения энергии, чтобы вывести соотношение между проходящим через цепь электрическим током, электродвижущей силой источника и внутренними и внешними сопротивлениями.

Гальванические элементы (такие как батарейка) – напротив – имеют ЭДС порядка 1 вольта, хотя внутреннее сопротивление у них порядка долей или максимум – десятка Ом, и от гальванических элементов поэтому можно получать токи в единицы и десятки ампер.

Уравнение дает нам желаемое соотношение между. Тогда в реальном источнике разность потенциалов. Между двумя терминалами никогда не будет равняться силе. Электромотор, потому что, когда ток проходит через резисторы, система теряет потенциал. Таким образом, чем больше резистивных нагрузок в цепи, тем больше.

Учитывая взаимосвязь, предлагается определить. Мы манипулируем уравнением, чтобы оставить внешнее сопротивление в функции других членов. Тогда, поскольку уравнение прямой задается формулой. Рисунок 2 – Схема, используемая в эксперименте. В положении А в амперметре помещался мультиметр.

На данной схеме показан реальный источник с присоединенной нагрузкой. Здесь обозначены , его внутреннее сопротивление, а также сопротивление нагрузки. Согласно , ток в данной цепи будет равен:

Поскольку участок внешней цепи однороден, то из закона Ома можно найти напряжение на нагрузке:

Мы выбрали этот момент, потому что мы хотели бы определить падение напряжения в цепи в целом за счет изменения внешнего резистора. Итак, закрывая переключатель, измеряя. Обладая всеми упомянутыми материалами, схема была установлена ​​в соответствии с рисунком. Через показания, показанные в мультиметрах, значения напряжения и тока, связанные с используемым внешним резистором. Измерения проводились для восьми резисторов и, как правило, была построена таблица, связывающая падение напряжения и ток с каждым резистором.

Эти значения были отмечены и перечислены в таблице. Затем, по отношению к внешнему сопротивлению, падение напряжения и электрический ток, проходящие через резисторы, обратно пропорциональны. Необходимость показать эту связь между током и напряжением была только для изучения того, как эти величины ведут себя по мере изменения внешнего резистора. Таблица 1 – Связь между внешним сопротивлением, током и напряжением.

Выразив из первого уравнения сопротивление нагрузки, и подставив его значение во второе уравнение, получим зависимость напряжения на нагрузке от тока в замкнутой цепи:

В замкнутом контуре ЭДС равна сумме падений напряжений на элементах внешней цепи и на внутреннем сопротивлении самого источника. Зависимость напряжения на нагрузке от тока нагрузки в идеальном случае линейна.

Со значениями таблицы график был составлен, что связывает поведение падения напряжения в резисторах в зависимости от электрического тока, проходящего через схему. График 1 – Связь между напряжением и током. График 2 – Связь между падением напряжения и внешним сопротивлением.

Можно отметить, что это соотношение между падением напряжения и током в цепи обратно пропорционально. Таким образом, заменяя в, получаем. На графике можно найти экспериментальное определение значений электродвижущей силы и сопротивления. При этом необходимо было линеаризовать его, чтобы облегчить его анализ и интерпретацию. Для линеаризации была создана таблица, связывающая резисторы с обратным потоком, проходящим через них.

График это показывает, но экспериментальные данные на реальном резисторе (крестики возле графика) всегда отличаются от идеала:

Эксперименты и логика показывают, что при нулевом токе нагрузки напряжение на внешней цепи равно ЭДС источника, а при нулевом напряжении на нагрузке ток в цепи равен . Это свойство реальных цепей помогает экспериментально находить ЭДС и внутреннее сопротивление реальных источников.

Влияние внутреннего сопротивления на свойства двухполюсника

Эти значения были записаны в таблице. Электродвижущая сила. Таблица 4 – Сравнение значений, измеренных с экспериментальными значениями. Таблица 2 – Связь между внешним сопротивлением и обратным току. Кроме того, удалось проанализировать второй пункт, который должен был проверить теорему о состоянии передачи максимальной мощности от источника к резистивной нагрузке. Для этого был создан набор данных, связанный с мощностью, рассеиваемой каждым используемым резистором.

Со значениями таблицы график был нанесен на график, который показывает, по-видимому, линейное поведение сопротивления как функцию обратного тока. График 4 – Связь между внешним сопротивлением и обратным току. Основываясь на поведении графика, метод наименьших квадратов применялся для определения наилучшей линии, которая соответствует полученной точечной кривой. После применения метода и с помощью уравнений,, и, можно было определить значение электродвижущей силы и внутреннего сопротивления источника.

Экспериментальное нахождение внутреннего сопротивления

Чтобы экспериментально определить данные характеристики, строят график зависимости напряжения на нагрузке от величины тока, затем экстраполируют его до пересечения с осями.

В точке пересечения графика с остью напряжения находится значение ЭДС источника, а в точке пересечения с осью тока находится величина тока короткого замыкания. В итоге внутреннее сопротивление находится по формуле:

Для расчета мощности, рассеиваемой в каждом резисторе, использовалось уравнение. График 5 – Мощность, рассеиваемая во внешнем резисторе, в зависимости от внешних резисторов. График 6 – Мощность, рассеиваемая во внешнем резисторе, в зависимости от внешних резисторов.

Чтобы получить сравнение фактических значений с полученными. Кроме того, мощность, рассеиваемая во внутреннем резисторе, рассчитывалась как функция внешних резисторов. При этом таблица была собрана и, с этими значениями, была построена диаграмма следующим образом.

Экспериментально таблица была создана. Из таблицы был нанесен график. Обратите внимание, что поведение очень близко к поведению кривой графика, показывая удовлетворительные результаты, полученные до сих пор. График 7 – Рассеиваемая во внутреннем резисторе мощность в зависимости от внешних резисторов.

Развиваемая источником полезная мощность выделяется на нагрузке. График зависимости этой мощности от сопротивления нагрузки приведен на рисунке. Эта кривая начинается от пересечения осей координат в нулевой точке, затем возрастает до максимального значения мощности, после чего спадает до нуля при сопротивлении нагрузки равном бесконечности.

Из мощностей, рассеянных во внешних резисторах и внутреннем резисторе, можно определить полную мощность, рассеянную в цепи. Анализируя график, мы имеем, что мощность, рассеиваемая во внешних резисторах, известна как полезная мощность, то есть мощность, исходящая от источника, который фактически будет использоваться нагрузкой, находящейся в цепи. Мощность, рассеиваемая в резисторе, называется рассеиваемой мощностью, так как она заканчивается.

Преобразуется в тепловую энергию внутри самого источника и поэтому бесполезна другим элементам схемы. По-прежнему интерпретируя кривые графа, мы заметили, что кривые, образованные степенями. Таблица 8 – Общая мощность, рассеиваемая в резисторах. Рассеянные во внешних резисторах, имеют максимальную точку. На этом этапе происходит интересное явление, максимальное переключение мощности от источника к внешнему резистору. Чтобы определить эту точку, подставим уравнение в и вычислим его первую производную, приравняв ее к нулю.

Чтобы найти максимальное сопротивление нагрузки, при котором теоретически разовьется максимальная мощность при данном источнике, берется производная от формулы мощности по R и приравнивается к нулю. Максимальная мощность разовьется при сопротивлении внешней цепи, равном внутреннему сопротивлению источника:

Резистивными компонентами схемы, так как большая часть из них преобразуется в тепло в самом источнике, таким образом, «теряется». Когда значения резисторов равны. На равенство между рассеянными силами. При таком равенстве в диссипации предполагается, что суммарная мощность, которая заканчивается, рассеивается на 50% в каждом резисторе. Хотя мы имеем максимальную передачу мощности на внешний резистор, мы понимаем, что эффективность источника не является максимальной. Об этом легко убедиться, увидев равенство диссипации степеней, где половина генерируемой мощности рассеивалась в самом источнике в виде тепла.

Это положение о максимальной мощности при R = r, позволяет экспериментально найти внутреннее сопротивление источника, построив зависимость мощности, выделяемой на нагрузке, от величины сопротивления нагрузки. Найдя реальное, а не теоретическое, сопротивление нагрузки, обеспечивающее максимальную мощность, определяют реальное внутреннее сопротивление источника питания.

КПД источника тока показывает отношение максимальной выделяемой на нагрузке мощности к полной мощности, которую в данный момент развивает

Внутреннее сопротивление источника тока.

Сопротивление

Лабораторная работа

«Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока»

Дисциплина Физика

Преподаватель Виноградов А.Б.

Нижний Новгород

2014 г.

Цель работы: сформировать умение определения ЭДС и внут­реннего сопротивления источника тока с помощью амперметра и вольтметра.

Оборудование: выпрямитель ВУ-4М, амперметр, вольтметр, соединительные провода, элементы планшета №1: ключ, ре­зистор R 1 .

Теоретическое содержание работы .

Внутреннее сопротивление ис­точника тока.

При прохождении тока по замкнутой цепи, электрически заряженные ча­стицы перемещаются не только внутри проводников, соединяющих полюса источника тока, но и внутри самого источ­ника тока. Поэтому в замкнутой электрической цепи раз­личают внешний и внутренний участки цепи. Внешний уча­сток цепи составляет вся та совокупность проводников, которая подсоединяется к полюсам источника тока. Вну­тренний участок цепи – это сам источник тока. Источник тока, как и любой другой проводник, обладает сопротивле­нием. Таким образом, в электрической цепи, состоящей из источника то­ка и проводников с электриче­ским сопротивлением R , элек­трический ток совершает работу не только на внешнем, но и на внутреннем участке цепи. Напри­мер, при подключении лампы накаливания к гальванической батарее карманного фонаря элек­трическим током нагреваются не только спираль лампы и под­водящие провода, но и сама ба­тарея. Электрическое сопротивле­ние источника тока называется внутренним сопротивлением. В электромагнитном генераторе внутренним сопротивлением яв­ляется электрическое сопротивле­ние провода обмотки генератора. На внутреннем участке электри­ческой цепи выделяется коли­чество теплоты, равное

где r – внутреннее сопротивле­ние источника тока.

Полное количество теплоты, выделяющееся при протекании постоянного тока в замкнутой цепи, внешний и внутренний участки которой имеют сопротивления, соответственно равные R и r , равно

. (2)

Всякую замкнутую цепь можно представить как два последовательно соединенных резистора с эквивалентными сопротивлениями R и r . Поэтому сопротивление полной це­пи равно сумме внешнего и внутреннего сопротивлений:
. Поскольку при последовательном соединении сила тока на всех участках цепи одинакова, то через внеш­ний и внутренний участок цепи проходит одинаковый по величине ток. Тогда по закону Ома для участка цепи паде­ние напряжений на ее внешнем и внутреннем участках бу­дут соответственно равны:

и
(3)

Электродвижущая сила.

Пол­ная работа сил электростати­ческого поля при движении за­рядов по замкнутой цепи по­стоянного тока равна нулю. Сле­довательно, вся работа электри­ческого тока в замкнутой элек­трической цепи оказывается со­вершенной за счет действия сто­ронних сил, вызывающих разде­ление зарядов внутри источника и поддерживающих постоянное напряжение на выходе источника тока. Отношение работы
, совершаемой сторонними силами по перемещению заряда q вдоль цепи, к значению этого заряда называется электродвижущей си­лой источника (ЭДС) :

, (4)

где
– переносимый заряд.

ЭДС вы­ражается в тех же единицах, что и напряжение или разность по­тенциалов, т. е. в вольтах:
.

Закон Ома для полной цепи.

Если в результате прохождения постоянного тока в замкнутой электрической цепи происходит только нагревание проводников, то по закону сохранения энергии полная работа электрического то­ка в замкнутой цепи, равная работе сторонних сил источни­ка тока, равна количеству тепло­ты, выделившейся на внешнем и внутреннем участках цепи:

. (5)

Из выражений (2), (4) и (5) получаем:


. (6)

Так как
, то

, (7)

или

. (8)

Сила тока в электрической цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе источ­ника тока и обратно пропор­циональна сумме электрических сопротивлений внешнего и внут­реннего участков цепи. Выраже­ние (8) называется законом Ома для полной цепи.

Таким образом, с точки зрения физики Закон Ома выражает закон сохранения энергии для замкнутой цепи постоянного тока.

Порядок выполнения работы .

    Подготовка к выполнению работы.

Перед вами на столах находится минилаборатория по электродинамике. Её вид представлен в л. р. № 9 на рисунке 2.

Слева находятся миллиамперметр, выпрямитель ВУ-4М, вольтметр, амперметр. Справа закреплен планшет № 1 (см. рис. 3 в л. р. № 9). В задней секции корпуса размещаются соединительные провода цветные: красный провод использу­ют для подключения ВУ-4М к гнезду «+» планшета; белый провод – для подключения ВУ-4М к гнезду «-»; желтые провода – для подключения к элементам планшета измерительных приборов; синие – для соединения между собой элементов планшета. Секция закрыта откидной площадкой. В рабочем положении площадка располагается горизонтально и используется в качестве рабочей поверхности при сборке экспериментальных установок в опытах.

2. Ход работы.

В ходе работы вы освоите метод измерения основных характеристик источника тока, используя закон Ома для полной цепи, который связывает силу тока I в цепи, ЭДС источника тока , его внутреннее сопротивление r и сопротивление внешней цепи R соотношением:


. (9)

1 способ.

Схема экспериментальной установки показана на рисунке 1.

Рис.1.

Внимательно изучите её. При разомкну­том ключе В источник замкнут на вольтметр, сопротивление которого много больше внутреннего сопротивления источника (r R ). В этом случае ток в цепи настолько мал, что можно пренебречь значением падения на­пряжения на внутреннем сопротивлении источника
, и ЭДС источника с пренеб­режимо малой погрешностью равна напря­жения на его зажимах , которое измеряется вольтметром, т.е.

. (10)

Таким образом, ЭДС источника определяется по показаниям вольтметра при разомкнутом ключе В.

Если ключ В замкнуть, вольтметр покажет падение напряжения на резисторе R :

. (11)

Тогда на основании равенств (9), (10) и (11) можно утверждать, что

(12)

Из формулы (12) вид­но, что для определения внутреннего сопротивления источника тока необходимо, кроме его ЭДС, знать силу тока в цепи и напря­жение на резисторе R при замкнутом ключе.

Силу тока в цепи можно измерить при помощи амперметра. Проволочный резистор изготовлен из нихромовой проволоки и имеет сопротивление 5 Ом.

Соберите цепь по схеме, показанной на рисунке 3.

После того, как цепь будет собрана, необходимо поднять руку, позвать учителя, чтобы он проверил правильность сборки электрической цепи. И если цепь собрана правильно, то приступайте к выполнению работы.

При разомкну­том ключе В снимите показания вольтметра и занесите значение напряжения в таблицу 1. Затем замкните ключ В и опять снимите показания вольтметра, но уже и показания амперметра. Занесите значение напряжения и силы тока в таблицу 1.

Вычислите внутреннее сопротивление источника тока.

Таблица1.

, В

, В

I , А

, В

r , Ом

2 способ.

Сначала соберите экспериментальную установку, изображенную на рисунке 2.

Рис. 2.

Измерьте силу тока в цепи при помощи амперметра, результат запишите в тетрадь. Сопротивление резистора =5 Ом. Все данные заносятся в таблицу 2. , Ом

Контрольные вопросы :

    Внешний и внутренний участки цепи.

    Какое сопротивление называются внутренним? Обозначение.

    Чему равно полное сопротивление?

    Дайте определение электродвижущей силы (ЭДС). Обозначение. Единицы измерения.

    Сформулируйте закон Ома для полной цепи.

    Если бы мы не знали значения сопротивлений проволочных резисторов, то можно ли было бы использовать второй способ и что для этого надо сделать (может нужно, например, включить в цепь какой-нибудь прибор)?

    Уметь собирать электрические цепи, используемые в работе.

Литература

    Кабардин О. Ф.. Справ. Материалы: Учеб. Пособие для учащихся.-3-е изд.-М.:Просвещение,1991.-с.:150-151.

    Справочник школьника. Физика/ Сост. Т. Фещенко, В. Вожегова.–М.: Филологическое об-щество «СЛОВО», ООО «Фирма» «Издательство АСТ», Центр гуманитарных наук при ф-те журна-листики МГУ им. М. В. Ломоносова, 1998. – с.: 124,500-501.

    Самойленко П. И.. Физика (для нетехнических специальностей): Учебн. для общеобразоват. учреждений сред. Проф. Образования/ П. И.Самойленко, А. В. Сергеев.-2-е изд., стер.-М.: Издательский центр «Академия», 2003-с.: 181-182.

Цель работы: изучить метод измерения ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока с помощью амперметра и вольтметра.

Оборудование: металлический планшет, источник тока, амперметр, вольтметр, резистор, ключ, зажимы, соединительные провода.

Для измерения ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока собирают электрическую цепь, схема которой показана на рисунке 1.

К источнику тока подключают амперметр, сопротивление и ключ, соединенные последовательно. Кроме того, непосредствен­но к выходным гнездам источника подключают еще и вольтметр.

ЭДС измеряют по показанию вольтметра при разомкнутом ключе. Этот прием определения ЭДС основан на следствии из за­кона Ома для полной цепи, согласно которому при бесконечно большом сопротивлении внешней цепи напряжение на зажимах источника равно его ЭДС. (См. параграф “Закон Ома для полной цепи” учебника “Физика 10”).

Для определения внутреннего сопротивления источника за­мыкают ключ К. При этом в цепи можно условно выделить два участка: внешний (тот, который подключен к источнику) и внутренний (тот, который находится внутри источника тока). Поскольку ЭДС источника равна сумме падения напряжений на внутрен­нем и внешнем участках цепи:

ε = U r +U R , то U r = ε -U R (1)

По закону Ома для участка цепи U r = I· r (2). Подставив равенство (2) в (1) получают:

I · r = ε U r , откуда r = (ε U R )/ J

Следовательно, чтобы узнать внутреннее сопротивление источника тока, необходимо пред­варительно определить его ЭДС, затем замкнуть ключ и измерить падение напряжения на внеш­нем сопротивлении, а также силу тока в нем.

Ход работы

1. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений:

ε

U r , B

i,a

r , Ом

    Начертите в тетради схему для измерения ЭДС и внутреннего сопротивления источника.

    После проверки схемы соберите электрическую цепь. Ключ разомкните.

    Измерьте величину ЭДС источника.

    Замкните ключ и определите показания амперметра и вольтметра.

    Вычислите внутреннее сопротивление источника.

  1. Определение эдс и внутреннего сопротивления источника тока графическим методом

Цель работы: изучить измерения ЭДС, внутреннего сопротивления и тока короткого замы­кания источника тока, основанный на анализе графика зависимости напряже­ния на выходе источника от силы тока в цепи.

Оборудование: гальванический элемент, амперметр, вольтметр, резистор R 1 , переменный резистор, ключ, зажимы, металлический планшет, соединительные провода.

Из закона Ома для полной цепи следует, что напряжение на выходе источника тока зависит прямо пропорционально от силы тока в цепи:

так как I =E/(R+r), то IR + Ir = Е, но IR = U, откуда U + Ir = Е или U = Е – Ir (1).

Если построить график зависимости U от I, то по его точкам пересечения с осями координат можно определить Е, I К.З. – силу тока короткого замыкания (ток, который потечет в цепи источни­ка, когда внешнее сопротивление R станет равным нулю).

ЭДС определяют по точке пересечения графика с осью напряжений. Эта точка графика со­ответствует состоянию цепи, при котором ток в ней отсутствует и, следовательно, U = Е.

Силу тока короткого замыкания определяют по точке пересечения графика с осью токов. В этом случае внешнее сопротивление R = 0 и, следовательно, напряжение на выходе источника U = 0.

Внутреннее сопротивление источника находят по тангенсу угла наклона графика относи­тельно оси токов. (Сравните формулу (1) с математической функцией вида У = АХ +В и вспомни­те смысл коэффициента при X).

Ход работы

    Для записи результатов измерений подготовьте таблицу:

  1. После проверки схемы преподавателем соберите электрическую цепь. Ползунок переменного резистора установите в положение, при котором сопротивление цепи, подключенной к источ­нику тока, будет максимальным.
  2. Определите значение силы тока в цепи и напряжение на зажимах источника при максимальной величине сопротивления переменного резистора. Данные измерений занесите в таблицу.

    Повторите несколько раз измерения силы тока и напряжения, уменьшая всякий раз величину переменного сопротивления так, чтобы напряжение на зажимах источника уменьшалось на 0,1В. Измерения прекратите, когда сила тока в цепи достигнет значения в 1А.

    Нанесите полученные в эксперименте точки на график. Напряжение откладывайте по верти­кальной оси, а силу тока – по горизонтальной. Проведите по точкам прямую линию.

    Продолжите график до пересечения с осями координат и определите величины Е и, I К.З.

    Измерьте ЭДС источника, подключив вольтметр к его выводам при разомкнутой внешней це­пи. Сопоставьте значения ЭДС, полученные двумя способами, и укажите причину возможного расхождения результатов.

    Определите внутреннее сопротивление источника тока. Для этого вычислите тангенс угла на­клона построенного графика к оси токов. Так как тангенс угла в прямоугольном треугольнике равен отношению противолежащего катета к прилежащему, то практически это можно сделать, найдя отношение Е / I К.З

Мы пришли к выводу, что для поддержания постоянного тока в замкнутой цепи, в нее необходимо включить источник тока. Подчеркнем, что задача источника заключается не в том, чтобы поставлять заряды в электрическую цепь (в проводниках этих зарядов достаточно), а в том, чтобы заставлять их двигаться, совершать работу по перемещению зарядов против сил электрического поля. Основной характеристики источника является электродвижущая сила 1 (ЭДС) − работа, совершаемая сторонними силами по перемещению единичного положительного заряда

Поэтому большинству людей нужны ассоциации или критическая масса в планетарном поле, чтобы получать сигналы энергии и воспоминания о сознании и иметь возможность правильно воспринимать сигналы. Трехмерная система управления не учитывает симптомы вознесения, опыт, связанный с сознанием, или многие радикальные изменения, которые происходят у людей с этой Земли. Заземление – это форма заземления на Земле и относится к прямому контакту тела с элементами Земли. Это может быть полезно для многих людей, которые испытывают недостаток заземления и плотского дискомфорта во время планетарных изменений.

Единицей измерения ЭДС в системе единиц СИ является Вольт. ЭДС источника равна 1 вольт, если он совершает работу 1 Джоуль при перемещении заряда 1 Кулон

Для обозначения источников тока на электрических схемах используется специальное обозначение (рис. 397).

рис. 397
 Электростатическое поле совершает положительную работу по перемещению положительного заряда в направлении уменьшения потенциала поля. Источник тока проводит разделение электрических зарядов − на одном полюсе накапливаются положительные заряды, на другом отрицательный. Напряженность электрического поля в источнике направлена от положительного полюса к отрицательному, поэтому работа электрического поля по перемещению положительного заряда будет положительной при его движения от «плюса» к «минусу». Работа сторонних сил, наоборот, положительна в том случае, если положительные заряды перемещаются от отрицательного полюса к положительному, то есть от «минуса» к «плюсу».
В этом принципиальное отличие понятий разности потенциалов и ЭДС, о котором всегда необходимо помнить.
Таким образом, электродвижущую силу источника можно считать алгебраической величиной, знак которой («плюс» или «минус») зависит от направления тока. В схеме, показанной на рис. 398,

рис. 398
вне источника (во внешней цепи) ток течет 2 от «плюса» источника к «минусу», в внутри источника от «минуса» к «плюсу». В этом случае, как сторонние силы источника, так и электростатические силы во внешней цепи совершают положительную работу.
 Если на некотором участке электрической цепи помимо электростатических действуют и сторонние силы, то над перемещением зарядов «работают» как электростатические, так и сторонние силы. Суммарная работа электростатических и сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда называется электрическим напряжением на участке цепи

 В том случае, когда сторонние силы отсутствуют, электрическое напряжение совпадает с разностью потенциалов электрического поля.
 Поясним определение напряжения и знака ЭДС на простом примере. Пусть на участке цепи, по которому протекает электрический ток, имеются источник сторонних сил и резистор (рис. 399).

рис. 399
 Для определенности будем считать, что φ o > φ 1 , то есть электрический ток направлен от точки 0 к точке 1 . При подключении источника, как показано на рис. 399 а, Сторонние силы источника совершают положительную работу, поэтому соотношение (2) в этом случае может быть записано в виде

 При обратном включении источника (рис. 399 б) внутри него заряды движутся против сторонних сил, поэтому работа последних отрицательна. Фактически силы внешнего электрического поля преодолевают сторонние силы. Следовательно, в этом случае рассматриваемое соотношение (2) имеет вид

 Для протекания электрического тока по участку цепи, обладающему электрическим сопротивлением, необходимо совершать работу, по преодолению сил сопротивления. Для единичного положительного заряда эта работа, согласно закону Ома, равна произведению IR = U которое, естественно совпадает с напряжением на данном участке.
 Заряженные частицы (как электроны, так и ионы) внутри источника движутся в некоторой , поэтому со стороны среду на них также действуют тормозящие силы, которые также необходимо преодолевать. Заряженные частицы преодолевают силы сопротивления благодаря действию сторонних сил (если ток в источнике направлен от «плюса» к «минусу») либо благодаря электростатическим силам (если ток направлен от «минуса» к «плюсу»). Очевидно, что работа по преодолению этих сил не зависит от направления движения, так как силы сопротивления всегда направлены в сторону, противоположную скорости движения частиц. Так как силы сопротивления пропорциональны средней скорости движения частиц, то работа по их преодолению пропорциональна скорости движения, следовательно, силе тока силе. Таким образом, мы можем ввести еще характеристику источника − его внутренне сопротивление r , аналогично обычному электрическому сопротивлению. Работа по преодолению сил сопротивления при перемещении единичного положительного заряда между полюсами источника равна A/q = Ir . Еще раз подчеркнем, эта работа не зависит от направления тока в источнике.

Если у вас нет доступа к природе, и вы хотите создать электрическую схему с полем Земли, вы также можете использовать праймер, который связан с человеческим телом. Электрический потенциал цепи заземления зависит от местоположения, атмосферных условий, времени суток и ночи, а также от влаги, которая расположена на поверхности Земли. Интуитивные эмпаты и звездные саженцы, которые хотят восстановить энергетическую настройку с телом планеты, должны обратить внимание на их естественные чувства, потому что они должны знать, должны ли они быть заземлены или нет.

1 Название этой физической величины неудачно − так электродвижущая сила является работой, а не силой в обычном механическом понимании. Но этот термин настолько устоялся, что изменять его не «в наших силах». К слову, сила тока то же не является механической силой! Не говоря уж о таких понятиях «сила духа», «сила воли», «божественная сила» и т.д.
2 Напомним, за направление движения электрического тока принято направление движения положительных зарядов.

В некоторых случаях из-за неорганических или внешних течений в определенных областях эта практика может оказаться нецелесообразной. Для большинства людей, которые посеяны Землей, на фазе духовной интеграции обоснование будет положительно ощущаться и будет очень полезно для тела, потому что оно будет действовать как нейромодулятор. Нейромодуляция – это процесс, в котором активность нервной системы регулируется путем регулирования физиологических уровней посредством стимуляции нейротрансмиттеров. Таким образом, заземление изменяет плотность отрицательного заряда в области энергии человека и его нервной системы и непосредственно влияет на физиологические процессы, такие как химия мозга.

Лабораторная работа

«Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока»

Дисциплина Физика

Преподаватель Виноградов А.Б.

Нижний Новгород

Цель работы: сформировать умение определения ЭДС и внут­реннего сопротивления источника тока с помощью амперметра и вольтметра.

Земля посылает электромагнитные сигналы для поддержки человеческих тел при адаптации к ее вознесению, и этот сигнал позволяет человеческой нервной системе лучше адаптироваться к требованиям, предъявляемым к телу и мозгу во время интенсивных изменений сознания. Когда мы хотим восстановить электрический баланс активности мозга, может быть особенно полезно окружить природу, сосредоточиться на глубоком дыхании и соединиться с Землей или с элементом воды.

Почки – это органы, которые питают энергию. В настоящее время население людей переживает эпидемию заболеваний почек, вызванных неспособностью органов быстро адаптироваться к новым обстоятельствам, плохого признания событий, изменяющих жизнь, сердечных заболеваний, перегрузки токсичными химическими веществами и негативных эмоций. Целью почек является удаление вредных метаболических продуктов, выделяемых мочевым пузырем, и поддержание надлежащей химии крови и давления, поскольку они контролируют все химические вещества, растворенные в кровотоке.

Оборудование: выпрямитель ВУ-4М, амперметр, вольтметр, соединительные провода, элементы планшета №1: ключ, ре­зистор R 1 .

Теоретическое содержание работы .

Внутреннее сопротивление ис­точника тока.

При прохождении тока по замкнутой цепи, электрически заряженные ча­стицы перемещаются не только внутри проводников, соединяющих полюса источника тока, но и внутри самого источ­ника тока. Поэтому в замкнутой электрической цепи раз­личают внешний и внутренний участки цепи. Внешний уча­сток цепи составляет вся та совокупность проводников, которая подсоединяется к полюсам источника тока. Вну­тренний участок цепи – это сам источник тока. Источник тока, как и любой другой проводник, обладает сопротивле­нием. Таким образом, в электрической цепи, состоящей из источника то­ка и проводников с электриче­ским сопротивлением R , элек­трический ток совершает работу не только на внешнем, но и на внутреннем участке цепи. Напри­мер, при подключении лампы накаливания к гальванической батарее карманного фонаря элек­трическим током нагреваются не только спираль лампы и под­водящие провода, но и сама ба­тарея. Электрическое сопротивле­ние источника тока называется внутренним сопротивлением. В электромагнитном генераторе внутренним сопротивлением яв­ляется электрическое сопротивле­ние провода обмотки генератора. На внутреннем участке электри­ческой цепи выделяется коли­чество теплоты, равное

Когда почки ослаблены и перегружены, в крови и тканях накапливаются токсичные отходы, а также химические вещества, которые невозможно фильтровать надлежащим образом. Почечная недостаточность увеличивается в Соединенных Штатах на 5% в год, при этом в качестве терапии используют почечный диализ или трансплантацию. Десять процентов населения имеют некоторую форму диабета и неврологического дискомфорта, и это число, по-видимому, неуклонно растет – у взрослых и у детей. Что случилось с нашими почками?

Восточная медицинская философия знает, что почки питают другие органы тела. Они действуют как корни жизни, которые отвечают за защиту организма и распределение энергии во всех органах, репродуктивных функциях и всего организма. Почки – это органы взаимоотношений, поэтому они страдают от проблем с межличностными и сексуальными отношениями, которые могут возникнуть в результате отсутствия поддержки у других или чувства нелюбимой или даже из-за отсутствия физической чувствительности. Эмоции циркулируют в личной энергетической области, и когда она будет выпущена, у вас может возникнуть ощущение течения, благодаря которому вы ощущаете эмоции.

где r – внутреннее сопротивле­ние источника тока.

Полное количество теплоты, выделяющееся при протекании постоянного тока в замкнутой цепи, внешний и внутренний участки которой имеют сопротивления, соответственно равные R и r , равно

Всякую замкнутую цепь можно представить как два последовательно соединенных резистора с эквивалентными сопротивлениями R и r . Поэтому сопротивление полной це­пи равно сумме внешнего и внутреннего сопротивлений:

. Поскольку при последовательном соединении сила тока на всех участках цепи одинакова, то через внеш­ний и внутренний участок цепи проходит одинаковый по величине ток. Тогда по закону Ома для участка цепи паде­ние напряжений на ее внешнем и внутреннем участках бу­дут соответственно равны:

Это позволяет вам освобождать эмоциональную боль и страх и избавляет вас от хронических проблем с почками, открывая для себя большее эмоциональное и духовное расширение энергии. Когда это наоборот, когда сердце закрыто от боли и страха, что блокирует эмоции, оно влияет на функцию управления жидкостью через почки и нарушает распределение жизненной энергии, необходимой для заземленного, здорового и сбалансированного ума и тела.

Более того, когда наше сердце исцеляется, внутри горит пламя, которое также питается жизненной энергией, хранящейся в почках. Треугольный соединитель соединяет сердце с каждой почкой, которая работает в светящемся теле, как электрическая цепь. В основании этого треугольника слева и справа находятся почки, а верхняя точка связана с сердцем. Когда сердце исцеляется, пламя в сердце и почках одновременно активирует конфигурацию сердца во внутреннем двойном пламени. Двойное пламя соответствует восстановленному энергетическому балансу между энергией самца и женщины, т.е. структурой света, созданного в комплексе сердца.


и

(3)

Электродвижущая сила.

Пол­ная работа сил электростати­ческого поля при движении за­рядов по замкнутой цепи по­стоянного тока равна нулю. Сле­довательно, вся работа электри­ческого тока в замкнутой элек­трической цепи оказывается со­вершенной за счет действия сто­ронних сил, вызывающих разде­ление зарядов внутри источника и поддерживающих постоянное напряжение на выходе источника тока. Отношение работы

, совершаемой сторонними силами по перемещению заряда q вдоль цепи, к значению этого заряда называется электродвижущей си­лой источника (ЭДС) :

Поэтому, когда два огня зажигаются в сердце, жизненно важная сущность, хранящаяся в почках, помогает переносить чи-пламя по всему физическому телу, чтобы соединиться с духовным пламенем монадического тела. Монада – это большее пламя духа, а физическое тело – меньшее пламя жизненной сущности или жизненной силы. Когда эти два огня зажигаются и объединяются, пламя взрывается от сердца, которое посылает огонь, чтобы поддержать рост сущности жизни, создаваемой почками. В основном, почки помогают построить внутреннее светящееся тело, необходимое для встраивания монадического тела.


, (4)

– переносимый заряд.

ЭДС вы­ражается в тех же единицах, что и напряжение или разность по­тенциалов, т. е. в вольтах:

.

Закон Ома для полной цепи.

Любые визуальные упражнения, направленные на создание жизненной силы энергии в низших диенах и вызывают энергию для циркуляции у подножия ног, укрепляют способность почек хранить жизненно важную сущность, помогают исправить механизм заземления и выполнять функции физической очистки крови. Существуют некоторые потенцирующие агенты для почек и трав, которые являются общими для восточной медицины и полезны для тонизирования функции почек, особенно если есть проблема с заземлением или центрированием сердечника.

Почечная недостаточность вызывает выработку надпочечников. Надпочечники – это железы, которые производят много гормонов, и хорошо известно, что под давлением они перекачивают кортизол в кровоток, что приводит к тому, что человеческая нервная система переходит в состояние борьбы или полета. Адреналин обычно продуцируется как надпочечниками, так и некоторыми нейронами, которые также могут активироваться эмоциональными реакциями. Каждая эмоциональная реакция имеет поведенческий компонент, компонент вегетативной нервной системы, секрецию железы или гормональный фактор.

Если в результате прохождения постоянного тока в замкнутой электрической цепи происходит только нагревание проводников, то по закону сохранения энергии полная работа электрического то­ка в замкнутой цепи, равная работе сторонних сил источни­ка тока, равна количеству тепло­ты, выделившейся на внешнем и внутреннем участках цепи:

Гормональные факторы, связанные со стрессом и эмоциональной болью, включают высвобождение адреналина и реакции надпочечников – в ответ на чувства, основанные на страхе, контролируемые симпатической нервной системой. Основная эмоция, которая выделяет адреналин в кровь, – это страх.

Кроме того, надпочечники играют важную роль в реагировании на борьбу или бегство, увеличивая приток крови к мышцам и сердцу, а затем учащиеся расширяются и уровень сахара в крови увеличивается. Адреналин закачивается в кровоток, когда человек провоцируется на террористические акты или страх, чтобы произвести как можно больше негативной эмоциональной энергии, что может быть основной причиной того, что надпочечники полностью истощены у большинства людей. Когда человек не исправляет это состояние и все еще накачивает адреналин или другие гормоны стресса в кровоток, нервная система замерзает, состояние шока и онемения.


. (5)

Из выражений (2), (4) и (5) получаем:

. (6)

, то


, (7)

В какой-то момент, когда вы испытываете постоянную боль или страх, из-за чрезмерной нагрузки адреналина, тело и нервная система попадают в состояние онемения, которое отключает эмоциональные реакции, закрывая сердце. Надпочечники находятся в верхней части каждой почки, поэтому они непосредственно подвержены истощению почек, что, естественно, приводит к выходу надпочечников. Если мы делаем что-то действительно нездоровое для нашего духа, и наша повседневная работа не соответствует тому, кто мы есть, он также истощает почки, адреналин и жизненную силу.


. (8)

Сила тока в электрической цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе источ­ника тока и обратно пропор­циональна сумме электрических сопротивлений внешнего и внут­реннего участков цепи. Выраже­ние (8) называется законом Ома для полной цепи.

Когда нам приходится сталкиваться с трудными стрессовыми факторами на работе, в отношениях или в других ситуациях, организм может подвергаться глубокому бессознательному эмоциональному стрессу. Мы чувствуем себя беспомощными и расстроены тем, что мы должны просто работать, чтобы выполнить финансовые обязательства или выжить. Наше тело дает нам сообщение из-за чрезмерного истощения, что мы уже не можем жить таким же образом, мы должны вносить изменения, и первое изменение должно состоять в том, чтобы осуществить сознание через смерть эго.

Таким образом, с точки зрения физики Закон Ома выражает закон сохранения энергии для замкнутой цепи постоянного тока.

Порядок выполнения работы .

    Подготовка к выполнению работы.

Перед вами на столах находится минилаборатория по электродинамике. Её вид представлен в л. р. № 9 на рисунке 2.

Слева находятся миллиамперметр, выпрямитель ВУ-4М, вольтметр, амперметр. Справа закреплен планшет № 1 (см. рис. 3 в л. р. № 9). В задней секции корпуса размещаются соединительные провода цветные: красный провод использу­ют для подключения ВУ-4М к гнезду «+» планшета; белый провод – для подключения ВУ-4М к гнезду «-»; желтые провода – для подключения к элементам планшета измерительных приборов ; синие – для соединения между собой элементов планшета. Секция закрыта откидной площадкой. В рабочем положении площадка располагается горизонтально и используется в качестве рабочей поверхности при сборке экспериментальных установок в опытах.

Планетарный контроль над человеческими почками Чи. Мы должны стремиться к восстановлению сердечного центра и превращению почек в более высокую цель, связанную с вознесением тела. Существуют оверлеи, кодирующие человеческие тела для порабощения, установленные во время рождения, в записи последовательности трансдукции в теле проявления ядра или в Древе Жизни. Основной шаблон проявления сетки дерева имеет набор инструкций для контроля функций органов и желез на уровне каждого измерения, поскольку железы выделяют вещества и гормоны, которые позволяют человеческому сознанию двигаться быстрее между измерениями.

2. Ход работы.

В ходе работы вы освоите метод измерения основных характеристик источника тока, используя закон Ома для полной цепи, который связывает силу тока I в цепи, ЭДС источника тока , его внутреннее сопротивление r и сопротивление внешней цепи R соотношением:

В землях Соединенного Королевства ключи от пробуждения структур Альбиона скрыты, и они являются гигантскими спящими существами. Теги используются для руководства людьми на Земле для будущих временных линий для работы в рабских колониях или в различных галактических местах торговли людьми, которые контролируются этими внеземными коррумпированными конгломератами и группами драконов.

Группы Черного Солнца Ориона оставляли за собой право на некоторые человеческие тела, генетический материал и человеческое Древо Жизни, и именно поэтому они контролируют его. Благодаря этому им легче контролировать и контролировать информацию, связанную со структурой души и многомерной анатомией. Это драконовцы, которые воруют из духовных частей тела, а также из органов и желез.

. (9)

1 способ.

Схема экспериментальной установки показана на рисунке 1.

Внимательно изучите её. При разомкну­том ключе В источник замкнут на вольтметр, сопротивление которого много больше внутреннего сопротивления источника (r R ). В этом случае ток в цепи настолько мал, что можно пренебречь значением падения на­пряжения на внутреннем сопротивлении источника

, и ЭДС источника с пренеб­режимо малой погрешностью равна напря­жения на его зажимах , которое измеряется вольтметром, т. е.


. (10)

Таким образом, ЭДС источника определяется по показаниям вольтметра при разомкнутом ключе В.

Если ключ В замкнуть, вольтметр покажет падение напряжения на резисторе R :


. (11)

Тогда на основании равенств (9), (10) и (11) можно утверждать, что


(12)

Из формулы (12) вид­но, что для определения внутреннего сопротивления источника тока необходимо, кроме его ЭДС, знать силу тока в цепи и напря­жение на резисторе R при замкнутом ключе.

Силу тока в цепи можно измерить при помощи амперметра. Проволочный резистор изготовлен из нихромовой проволоки и имеет сопротивление 5 Ом.

Соберите цепь по схеме, показанной на рисунке 3.

После того, как цепь будет собрана, необходимо поднять руку, позвать учителя, чтобы он проверил правильность сборки электрической цепи. И если цепь собрана правильно, то приступайте к выполнению работы.

При разомкну­том ключе В снимите показания вольтметра и занесите значение напряжения в таблицу 1. Затем замкните ключ В и опять снимите показания вольтметра, но уже и показания амперметра. Занесите значение напряжения и силы тока в таблицу 1.

Сформулируйте закон Ома для полной цепи.

Если бы мы не знали значения сопротивлений проволочных резисторов, то можно ли было бы использовать второй способ и что для этого надо сделать (может нужно, например, включить в цепь какой-нибудь прибор)?

Уметь собирать электрические цепи, используемые в работе.

Литература

    Кабардин О. Ф.. Справ. Материалы: Учеб. Пособие для учащихся.-3-е изд.-М.:Просвещение,1991.-с.:150-151.

    Справочник школьника. Физика/ Сост. Т. Фещенко, В. Вожегова.–М.: Филологическое об-щество «СЛОВО», ООО «Фирма» «Издательство АСТ», Центр гуманитарных наук при ф-те журна-листики МГУ им. М. В. Ломоносова, 1998. – с.: 124,500-501.

    Самойленко П. И.. Физика (для нетехнических специальностей): Учебн. для общеобразоват. учреждений сред. Проф. Образования/ П. И.Самойленко, А. В. Сергеев.-2-е изд., стер.-М.: Издательский центр «Академия», 2003-с.: 181-182.

Цель работы: Научиться экспериментальным путем определять ЭДС, и внутреннее сопротивление источника тока.

Приборы и оборудование: Источники электрической энергии, амперметр (до 2А с делением до 0,1А), вольтметр (постоянного до 3А с делением до 0,3В), магазин (сопротивления до 10 Ом) ключ, соединительные провода.

ТЕОРИЯ:

Для поддержания тока в проводнике необходимо, чтобы разность потенциалов (напряжение) на его концах была неизменной. Для этого используется источник тока. Разность потенциалов на его полюсах образуется вследствие разделения зарядов на положительные и отрицательные. Работу по разделению зарядов выполняют сторонние силы (не электрического происхождения).

Величина, измеряемая работой, совершенной сторонними силами при перемещении единичного положительного электрического заряда внутри источника тока, называется электродвижущей силой источника тока (ЭДС) и выражается в вольтах.

Когда цепь замыкается, разделенные в источнике тока заряды образуют электрическое поле, которое перемещает заряды по внешней цепи; внутри же источника тока заряды движутся навстречу полю под действием сторонних сил. Таким образом, энергия, запасенная в источнике тока, расходуется на работу по перемещению заряда в цепи с внешним R и внутренним r сопротивлениями.

ХОД РАБОТЫ

1. Собрать электрическую цепь как показано на схеме.

2. Измерить ЭДС источника электрической энергии замкнув его на вольтметр (схема).

3. Измерить силу тока и падение напряжения на заданном сопротивлении.

Е U I R r rcр
1.
2.
3.

4. Вычислить внутреннее сопротивление по закону Ома для всей цепи.

5. Произвести опыты с другими сопротивлениями и вычислить внутреннее сопротивление элемента.

6. Вычислить среднее значение внутреннего сопротивления элемента.

7. Результаты всех измерений и вычислений записать в таблицу.

8. Найти абсолютную и относительную погрешность.

9. Сделать вывод.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Укажите условия существования электрического тока в проводнике.

2. Какова роль источника электрической энергии в электрической цепи?

3. От чего зависит напряжение на зажимах источника электрической энергии?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ЭКВИВАЛЕНТА МЕДИ.

Цель работы : научиться на практике рассчитывать электрохимический эквивалент меди.

Оборудование: Весы с разновесом, амперметр, часы., источник электрической энергии, реостат, ключ, медные пластины (электроды), соединительные провода, электролитическая ванна с раствором медного купороса.

Теория

Процесс, при котором молекулы солей, кислот и щелочей при растворении в воде или других растворителях распадаются на заряженные частицы (ионы), назы­вается электролитической диссоциацией, получившийся при этом раствор с поло­жительными и отрицательными ионами называется электролитом.

Если в сосуд с электролитом поместить пластины (электроды), соединенные с зажимами источника тока (создать в электролите электрическое поле), то положи­тельные ионы будут двигаться к катоду, а отрицательные – к аноду. Следовательно, в растворах кислот, солей и щелочей электрический заряд будет перемещаться вместе с частицами вещества. У электродов при этом происходит окислительно-восстановительные реакции, при которых на них выделяется вещест­во. Процесс прохождения электрического тока через электролит, сопровождающий­ся химическими реакциями называется электролизом.

Для электролиза справедлив закон Фарадея: масса выделившегося вещества на электроде прямо пропорциональна заряду, прошедшему через электролит:

где k-электрохимический эквивалент-количествовещества, выделенное при прохождении через электролит 1 Кл электричества. Измерив силу тока в цепи, вре­мя его прохождения и массу выделившегося на катоде вещества можно определить электрохимический эквивалент (1с выражается в кг/Кл).

где m-масса меди, выделившейся на катоде; I-сила тока в цепи; t- время пропускания тока в цепи.

Соберите электрическую цепь по схеме.

1. Одну из пластин, которая будет катодом, (если пластина мокрая, ее надо подсушить) тщательно взвесить с точностью до 10мг и записать результат в таблицу.

2. Вставить электрод в электролитическую ванну и составить электрическую цепь согласно схеме.

3. Отрегулировать реостатом ток, чтобы величина его не превышала 1А на 50см 2 погруженной части катодной пластины.

4. Замкнуть цепь на 15-20 минут.

5. Разомкнуть цепь, вынуть катодную пластинку, смыть с нее остатка раствора и высушить под рукосушителем.

6. Взвесить высушенную пластину с точностью до 10мг.

7. Значение тока, время опыта, увеличение в массе катодной пластину записать в таблицу и определить электрохимический эквивалент.

Оценка погрешностей.

.

Относительная погрешность:
.

, следовательно .

После этого дается результат в виде: .

Сравните полученный результат с табличным.

Контрольные вопросы.

1. Что такое электролитическая диссоциация, электролиз?

2. До каких пор будет происходить электролиз медного купороса, если оба электрода медные? Оба электрода угольные?

3. Быстрее или медленнее пойдет электролиз, если один из медных электродов заменить цинковым?

На концах проводника, а значит, и тока необходимо наличие сторонних сил неэлектрической природы, с помощью которых происходит разделение электрических зарядов .

Сторонними силами называются любые силы, действующие на электрически заряженные частицы в цепи, за исключением электростатических (т. е. кулоновских).

Сторонние силы приводят в движение заряженные частицы внут-ри всех источников тока: в генераторах, на электростанциях, в гальванических элементах, аккумуляторах и т. д.

При замыкании цепи создается электрическое поле во всех про-водниках цепи. Внутри источника тока заряды движутся под действием сторонних сил против кулоновских сил (электроны движут-ся от положительно заряженного электрода к отрицательному), а во всей остальной цепи их приводит а движение электрическое поле (см. рис. выше).

В источниках тока в процессе работы по разделению заряженных частиц происходит превращение разных видов энергии в электричес-кую. По типу преобразованной энергии различают следующие виды электродвижущей силы:

– электростатическая — в электрофорной машине, в которой происходит превращение механической энергии при трении в электрическую;

– термоэлектрическая – в термоэлементе — внутренняя энергия нагретого спая двух проволок, изготовленных из разных металлов, превращается в электрическую;

– фотоэлектрическая — в фотоэлементе. Здесь происходит превращение энергии света в элек-трическую: при освещении некоторых веществ, например, селена, оксида меди (I) , кремния наблюдается потеря отрицательного электрического заряда;

– химическая — в гальванических элементах, аккумуляторах и др. источниках, в которых происходит превращение химической энергии в электрическую.

Электродвижущая сила (ЭДС) — характеристика источников тока. Понятие ЭДС было введено Г. Омом в 1827 г. для цепей постоянного тока. В 1857 г. Кирхгофф определил ЭДС как работу сторонних сил при переносе единичного электрического заряда вдоль замкнутого контура:

ɛ = A ст /q ,

где ɛ — ЭДС источника тока, А ст — работа сторонних сил , q — количество перемещенного заряда.

Электродвижущую силу выражают в вольтах.

Можно говорить об электродвижущей силе на любом участке цепи. Это удельная работа сторонних сил (работа по перемещению единичного заряда) не во всем контуре, а только на данном участке.

Внутреннее сопротивление источника тока.

Пусть имеется простая замкнутая цепь, состоящая из источника тока (например, гальванического элемента, аккумулятора или генератора) и резистора с сопротивлением R . Ток в замкну-той цепи не прерывается нигде, следовательно, oн существует и внутри источника тока. Любой источник представляет собой некоторое сопротивление дли тока. Оно называется внутренним сопротивлением источника тока и обозначается буквой r .

В генераторе r — это сопротивление обмотки, в гальваническом элементе — сопротивление раствора электролита и электродов.

Таким образом, источник тока характеризуется величинами ЭДС и внутреннего сопротивлении, которые определяют его качество. Например, электростатические машины имеют очень большую ЭДС (до десятков тысяч вольт), но при этом их внутреннее сопротивление огромно (до со-тни Мом). Поэтому они непригодны для получения сильных токов. У гальванических элементов ЭДС всего лишь приблизительно 1 В, но зато и внутреннее сопротивление мало (приблизительно 1 Ом и меньше). Это позволяет с их помощью получать токи, измеряемые амперами.

ЭДС и внутреннее сопротивление: измерения и связь между

Электродвижущая сила , известная как ЭДС, представляет собой конечную разность потенциалов источника при отсутствии тока. Внутреннее сопротивление — это сопротивление протеканию тока внутри самого источника. Но, что важно, как мы вычисляем эти значения? Давайте узнаем.

Что такое ЭДС в электрических цепях?

Все источники напряжения создают разность потенциалов, обеспечивая ток при подключении к цепи с сопротивлением.Эта разность потенциалов создает электрическое поле, которое действует на заряды как сила, заставляя течь ток.

Несмотря на свое название, ЭДС не совсем сила. На самом деле это уникальный вид разности потенциалов и измеряется в вольтах (В).

ЭДС – это разность потенциалов источника, когда через него не протекает ток .

Мы также можем определить ЭДС как работу W, выполненную на единицу заряда Q, что дает нам следующее уравнение:

Все источники напряжения производят ЭДС, без брызг.com

Подумайте о батарее.

  • Если батарея питается током, напряжение на клеммах батареи в раз меньше ЭДС . По мере разрядки батареи этот уровень напряжения начинает снижаться.
  • Когда батарея полностью разряжена и, следовательно, не подает ток, напряжение на клеммах батареи будет равно ЭДС.

Как рассчитать ЭДС?

Мы также можем рассчитать ЭДС (ε) с помощью следующего уравнения:

E обозначает электрическую энергию в джоулях (Дж), а Q   обозначает заряд в кулонах (Кл).

В этом уравнении разность потенциалов называется конечной разностью потенциалов . Будет равна ЭДС, если нет внутреннего сопротивления.   Однако это не относится к реальным источникам питания, поскольку всегда существует внутреннее сопротивление. Lost v olts относятся к энергии, затраченной на кулон при преодолении внутреннего сопротивления.

Мы знаем, что закон сохранения энергии проявляется в электрических цепях, а также в случаях, когда имеется внутреннее сопротивление.

Уравнение сохранения энергии с внутренним сопротивлением, Oğulcan Tezcan – StudySmarter Originals

Потерянные вольты   – это название, данное энергии, затраченной на кулон при преодолении внутреннего сопротивления. Кроме того, обязательно ознакомьтесь с нашим объяснением по энергосбережению.

Что такое внутреннее сопротивление в электрических цепях?

Мы уже знаем, что сопротивление нагрузки (также известное как внешнее сопротивление) — это общее сопротивление компонентов внешней электрической цепи.С другой стороны, внутреннее сопротивление — это сопротивление в источнике питания , которое сопротивляется протеканию тока. Обычно это приводит к тому, что источник питания выделяет тепло.

  • Сопротивление нагрузки = общее сопротивление компонентов внешней электрической цепи.  
  • Внутреннее сопротивление = сопротивление источника питания, противодействующее протеканию тока.

Измерение внутреннего сопротивления

Закон Ом
Ом

из закона Ом, мы знаем, что

, где V – это напряжение в вольт, I – ток в амперах, а R является внешним сопротивление в омах.

Внутреннее сопротивление

Если мы включим внутреннее сопротивление, общее сопротивление будет R+r, где внутреннее сопротивление показано как r, а напряжение может быть выражено как ЭДС (ε).

Если раскрыть скобки, то получится


где I⋅R   — разность потенциалов на клеммах в вольтах, а I⋅r — потерянные вольты (также измеряемые в вольтах).

Теперь мы можем преобразовать уравнение в виде


, где V R — разность потенциалов на клеммах, а V r — потерянные вольты.

Зависимость между разностью потенциалов на клеммах и потерями вольт

Здесь представлена ​​зависимость между разностью потенциалов на клеммах и потерями вольт. Вы можете видеть из уравнения, что если нет внутреннего сопротивления (поэтому нет потерянных вольт), сопротивление клеммы будет равно ЭДС .

Принципиальная схема, показывающая внутреннее сопротивление и сопротивление нагрузки, Oğulcan Tezcan – StudySmarter Originals

Внутреннее сопротивление (r) имеет сложные характеристики.Давайте снова посмотрим на наш пример с аккумулятором. По мере разрядки батареи ее внутреннее сопротивление возрастает. А что еще влияет на внутреннее сопротивление? Вот некоторые факторы:

  • Размер источника напряжения.
  • Насколько и как долго он использовался .
  • Величина и направление тока через источник напряжения.

Приведите примеры расчета ЭДС и внутреннего сопротивления?

Расчет внутреннего сопротивления источника является важным фактором для достижения оптимальной эффективности и обеспечения того, чтобы источник обеспечивал максимальную мощность в электрической цепи. Вот несколько примеров расчета различных величин с внутренним сопротивлением.

Помните, что R означает сопротивление нагрузки, а r — внутреннее сопротивление.

Аккумулятор имеет ЭДС 0,28 В и внутреннее сопротивление 0,65 Ом. Рассчитайте разность потенциалов на клеммах, когда ток, протекающий через батарею, равен 7,8 мА.

Решение

В вопросе указаны ЭДС (ε), внутреннее сопротивление (r) и ток (I), протекающий через батарею.Давайте поместим их в уравнение конечной разности потенциалов (V R ).


Через ячейку протекает ток 0,45 А с внутренним сопротивлением 0,25 Ом. Найдите энергию, затрачиваемую в секунду на внутреннее сопротивление в джоулях.

Решение  

Мы знаем, что


где P – мощность в ваттах, I – сила тока в амперах, а R      – сопротивление в омах.

Поскольку в вопросе речь идет о потере энергии в секунду, мы используем уравнение мощности, потому что мощность — это энергия в секунду. Мы также можем указать внутреннее сопротивление r для сопротивления в уравнении.



Аккумулятор имеет ЭДС 0,35 В. Ток, протекающий через аккумулятор, равен 0,03 А, а сопротивление нагрузки равно 1,2 Ом. Найдите внутреннее сопротивление батареи.

Решение

Значение ЭДС (ε) батареи, ток (I), протекающий через батарею, и сопротивление нагрузки (R) указаны в вопросе. Вот правильное уравнение для нахождения внутреннего сопротивления (r):


Подставим заданные переменные в уравнение:


Если мы решим уравнение для r, мы получим


ЭДС и внутреннее сопротивление — ключевые выводы

  • Электродвижущая сила — это не совсем сила: это уникальный вид разности потенциалов, измеряемый в вольтах.
  • При отсутствии тока напряжение на клеммах источника напряжения будет равно ЭДС.
  • Потерянные вольты — это название энергии, затрачиваемой на кулон при преодолении внутреннего сопротивления.
  • Внутреннее сопротивление — это сопротивление внутри источника питания, которое сопротивляется протеканию тока и обычно заставляет источник питания выделять тепло.
  • Внутреннее сопротивление источника напряжения зависит от множества условий, включая степень его использования, размер источника напряжения, величину и направление тока, протекающего через источник напряжения.

ЭДС и внутреннее сопротивление

Используя следующее уравнение, вы можете определить ЭДС и внутреннее сопротивление электрического элемента. Уравнение, описывающее связь между ЭДС, напряжением на клеммах и внутренним сопротивлением, имеет вид ампер, r — внутреннее сопротивление в омах.

Расчет внутреннего сопротивления источника является важным фактором для достижения оптимальной эффективности и обеспечения того, чтобы источник обеспечивал максимальную мощность в электрической цепи.Используя следующее уравнение, вы можете рассчитать эффективность с ЭДС и внутренним сопротивлением. Уравнение, описывающее связь между ЭДС, напряжением на клеммах и внутренним сопротивлением, имеет вид ε = V R + V r , где ε — ЭДС в вольтах, V R — напряжение на клеммах в вольтах, I — ток в ампер, r — внутреннее сопротивление в омах.

Если вы нарисуете график, на котором разность потенциалов на клеммах отложена по оси y, а ток цепи отложен по оси x, вы получите прямую линию с отрицательным градиентом. Тогда ЭДС представляет собой точку пересечения на оси Y, а градиент представляет r, внутреннее сопротивление.

ЭДС — это разность потенциалов источника, когда через него не протекает ток, а внутреннее сопротивление — это сопротивление внутри источника питания, которое сопротивляется протеканию тока.

Важно знать значения ЭДС и внутреннего сопротивления источника, чтобы определить, как заставить источник подавать максимальную мощность в электрическую цепь.

Тест на окончательную ЭДС и внутреннее сопротивление

Вопрос

ЭДС батареи равна 0. 45В. Ток, протекающий через батарею, составляет 0,07 А, а сопротивление нагрузки составляет 1,3 Ом. Найдите внутреннее сопротивление батареи.

Вопрос

В ячейке 0. Через него протекает ток 40 А с внутренним сопротивлением 0,35 Ом. Найдите энергию, затрачиваемую в секунду на внутреннее сопротивление в джоулях.

Вопрос

ЭДС батареи равна 0. 42 В и внутреннее сопротивление 0,30 Ом. Рассчитайте разность потенциалов на клеммах, когда ток, протекающий через батарею, равен 6,7 мА.

Вопрос

Что из следующего происходит, когда батарея разряжается?

Ответить

Увеличивается внутреннее сопротивление.

Вопрос

Что означает внутреннее сопротивление?

Ответить

Символ внутреннего сопротивления r.

Вопрос

Каким символом обозначается электродвижущая сила?

Ответить

Электродвижущая сила обозначается символом ε.

Вопрос

В каких единицах измеряется электрическая сила?

Вопрос

Если нет внутреннего сопротивления, а значит, нет потерянных вольт, то сопротивление на клеммах будет равно ЭДС. Правда или ложь?

Вопрос

Что означает сопротивление нагрузки?

Ответить

Символ сопротивления нагрузки R.

Вопрос

Электродвижущая сила – это сила, а не разность потенциалов. Правда или ложь?

Вопрос

В реальных источниках питания всегда присутствует внутреннее сопротивление. Правда или ложь?

Вопрос

Справедлив ли закон сохранения энергии в электрических цепях при наличии внутреннего сопротивления?

Ответить

Да, закон сохранения энергии действует в электрических цепях при наличии внутреннего сопротивления.

Вопрос

Мы знаем, что внутреннее сопротивление тратит электроэнергию впустую. Мы также знаем, что энергия сохраняется в электрических цепях. В какую форму энергии превращается эта потерянная энергия?

Объяснение урока: Электродвижущая сила и внутреннее сопротивление

В этом объяснении мы узнаем, как связать электродвижущую силу (ЭДС) батареи с ее напряжением на клеммах и ее внутренним сопротивлением.

Обычно считается, что батареи обеспечивают разность потенциалов для других компонентов цепи, чтобы производить ток в этих компонентах. Это верно. Однако также верно и то, что батарея создает разность потенциалов между собой, чтобы производить через себя ток.

Рассмотрим батарею, которая создает разность потенциалов 𝑉 на своих выводах. Когда проводящий провод соединяет положительный и отрицательный клеммы аккумулятора, цепь замкнута.В цепи возникает постоянный ток 𝐼. Сила тока в проводе определяется выражением 𝐼=𝑉𝑅, где 𝑅 — сопротивление цепи.

Направление тока от положительной клеммы к отрицательной клемме. В последовательной цепи ток во всех точках цепи одинаков. Это означает, что должны быть равные токи от положительной клеммы и к отрицательной клемме. Это показано на следующем рисунке.

Отсюда мы видим, что в аккумуляторе тоже должен быть ток, равный току на его клеммах.Это показано на следующем рисунке.

Мы это видели 𝐼=𝑉𝑅.

Для двух последовательно соединенных сопротивлений 𝑅 и 𝑅 их суммарное сопротивление 𝑅сумма определяется выражением 𝑅=𝑅+𝑅.total

Тогда мы видим, что 𝑅total для цепи, состоящей из провода и батареи, должно быть суммой сопротивления провода и аккумулятора. Мы можем назвать сопротивление провода 𝑅 и сопротивление батареи 𝑟.

Уравнение 𝐼=𝑉𝑅, всего можно переставить так, чтобы 𝑉 было предметом, что дает нам 𝑉=𝐼𝑅.всего

Таким образом, ток в цепи можно выразить как 𝑉=𝐼(𝑅+𝑟).

𝑅 называется внешним сопротивлением (и также называется нагрузкой), а 𝑟 называется внутренним сопротивлением.

Разность потенциалов 𝑉 может быть выражена как 𝑉=𝑊𝑄, где 𝑊 — работа, совершаемая разностью потенциалов над зарядом 𝑄 через разность потенциалов.

Разность потенциалов на концах провода — это уменьшение потенциала на проводе.Это показано на следующем рисунке.

Разность потенциалов, создаваемая батареей на проводе, равна работе, совершаемой на кулон заряда зарядов, перемещающихся по проводу от одну клемму аккумулятора к другой. Потенциал уменьшается по длине провода.

Так же, как и при перемещении по проводу, необходимо совершить работу по перемещению зарядов по батарее. При этом потенциальная энергия зарядов увеличивается, а не уменьшается. Тогда потенциал должен увеличиваться по длине батареи.Это показано на следующем рисунке.

Во многих случаях цепь, содержащая батарею, моделируется как имеющая чисто внешнее сопротивление. Разность потенциалов на таком внешнем Цепь можно измерить с помощью вольтметра, подключенного параллельно сопротивлению цепи, как показано на следующем рисунке.

Важно отметить, что провода, соединяющие батарею, резистор и вольтметр, на этой схеме смоделированы с пренебрежимо малым сопротивлением.

Можно было бы ожидать, что вольтметр также может измерять разность потенциалов на аккумуляторе, подключив вольтметр к аккумулятору, как показано на следующем рисунке.

Однако эта схема не измеряла разность потенциалов на аккумуляторе. Оба вольтметра в цепи будут измерять одно и то же значение, что является разностью потенциалов во внешней цепи.

Если мы хотим измерить разность потенциалов на клеммах батареи для зарядов, движущихся внутри батареи, вольтметр должен измерять работа, совершаемая зарядами, проходящими через батарею, а не через внешнюю цепь.

Итак, мы видим, что вольтметр в цепи не может измерить разность потенциалов на аккумуляторе.Это показывает, что нет никакого способа узнать значение внутреннего сопротивления батареи или разность потенциалов на ней. На самом деле можно определить эти значения, используя несколько измерений.

Рассматривая аккумулятор как элемент цепи, имеющий внешнее сопротивление 𝑅, мы видим, что должно происходить уменьшение потенциала, 𝑉аккумулятор, через аккумулятор. Это дается 𝑉=𝐼𝑟,батарея где 𝐼 – ток в цепи.

Теперь рассмотрим уравнение 𝑉=𝐼(𝑅+𝑟), где 𝑉 — разность потенциалов на внешнем сопротивлении, которую можно измерить с помощью вольтметра.

Это можно записать как 𝑉=𝐼𝑅+𝐼𝑟𝑉=𝐼𝑅+𝑉.battery

Чтобы использовать вольтметр для измерения полной разности потенциалов, которую может производить батарея, 𝑉батарея должна быть равна нулю.

𝑉батарея должна быть равна нулю, если значение 𝐼 равно нулю. Это дало бы нам уравнение 𝑉=𝐼𝑅+0𝑉=𝐼𝑅.

Это значение 𝑉 соответствует всей разности потенциалов батареи, совершающей работу во внешней цепи.

К сожалению, если значение 𝐼 равно нулю, то уравнение 𝑉=𝐼𝑅 должны иметь значения 𝑉=0×𝑅.

Кажется, это говорит нам о том, что вольтметр может измерить полную разность потенциалов батареи только в том случае, если эта разность потенциалов равна нулю. Это кажется неизбежным, поскольку батарея с ненулевой разностью потенциалов будет производить ненулевой ток и, следовательно, ненулевое значение 𝑉батареи.

Однако этот вывод неверен. Причина, по которой вывод неверен, выводится позже в этом объяснении. Однако, понимая, почему вывод неверно, сначала требует, чтобы мы снова рассмотрели уравнение 𝑉=𝐼𝑅+𝐼𝑟.

Мы видели, что показания вольтметра равны 𝐼𝑅. Как известно, разность потенциалов во внешней цепи плюс разность потенциалов на аккумуляторе, чтобы получить общую разность потенциалов, мы можем составить следующее уравнение: 𝑉=𝑉+𝑉. totalvoltmeterbattery

Для величин в этом уравнении есть специальные названия. 𝑉аккумулятор называют потерянным вольт, 𝑉вольтметр называется терминальным напряжением, а 𝑉total называется электродвижущей силой или ЭДС.

Все эти величины имеют единицу измерения вольт. ЭДС обозначается символом 𝜀. ЭДС, несмотря на свое название, не сила, а разность потенциалов.

Формула: Электродвижущая сила батареи

Электродвижущая сила 𝜀 батареи с напряжением на клеммах 𝑉 определяется выражением 𝜀=𝑉+𝐼𝑟, где 𝐼 — ток в аккумуляторе, а 𝑟 — внутреннее сопротивление аккумулятора.

Теперь рассмотрим пример, в котором определяется ЭДС батареи.

Пример 1: Определение ЭДС батареи

Цепь питается от батареи с напряжением на клеммах 2,5 В. Цепь имеет сопротивление 3,5 Ом, а внутреннее сопротивление батареи равно 0,65 Ом. Чему равна электродвижущая сила батареи? Дайте ответ с точностью до одного десятичного знака.

Ответ

ЭДС 𝜀 батареи определяется уравнением 𝜀=𝑉+𝐼𝑟, где 𝑉 — напряжение на клеммах аккумулятора, 𝑟 — внутреннее сопротивление аккумулятора, 𝐼 — ток в цепи.

Подставляя известные значения в это уравнение, мы видим, что 𝜀=2,5+0,65𝐼.

Мы видим, что поскольку 𝐼 не задано, мы еще не можем определить 𝜀.

Напомним, однако, что напряжение на клеммах определяется выражением 𝑉=𝐼𝑅.

Это уравнение можно изменить, чтобы сделать 𝐼 предметом, что дает 𝐼=𝑉𝑅.

Подставляя известные значения в это уравнение, мы видим, что 𝐼=2.53.5=2.53.5.VΩA

Значение 𝐼 можно подставить в 𝜀=2.5+0,65𝐼 давать 𝜀=2,5+0,65×2,53,5.

Округлив значение 𝜀 до одного десятичного знака, получим 𝜀=3,0 В.

Теперь рассмотрим пример, в котором определяется внутреннее сопротивление батареи.

Пример 2: Определение внутреннего сопротивления батареи

Батарея с электродвижущей силой 4,50 В подключена к цепи с сопротивлением 2,75 Ом. Сила тока в цепи 1,36 А. Чему равно внутреннее сопротивление батареи? Дайте ответ с точностью до двух знаков после запятой.

Ответ

ЭДС 𝜀 батареи определяется уравнением 𝜀=𝑉+𝐼𝑟, где 𝑉 — напряжение на клеммах аккумулятора, 𝑟 — внутреннее сопротивление аккумулятора, 𝐼 — ток в цепи.

Это уравнение можно изменить следующим образом, чтобы сделать 𝑟 субъектом. 𝜀=𝑉+𝐼𝑟𝜀−𝑉=𝐼𝑟𝜀−𝑉𝐼=𝑟𝑟=𝜀−𝑉𝐼.

Подставляя известные значения в это уравнение, мы видим, что 𝑟=4,50−𝑉1,36.

Мы видим, что поскольку 𝑉 не задано, мы пока не можем определить 𝑟.

Напомним, однако, что напряжение на клеммах определяется выражением 𝑉=𝐼𝑅.

Подставляя известные значения в это уравнение, мы видим, что 𝑉=1,36×2,75=3,74.AΩV

Подставляя это значение 𝑉 в 𝑟=4,50−3,741,36, затем округляем значение 𝑟 до двух знаков после запятой, имеем 𝑟=0,56 Ом.

Схема, подобная показанной на следующем рисунке, может использоваться для определения ЭДС и внутреннего сопротивления батареи.

Вольтметр в цепи измеряет напряжение на клеммах аккумулятора. Переменный резистор в цепи допускает сопротивление цепи быть измененным. Изменение сопротивления цепи изменяет силу тока в цепи. Значение напряжения на клеммах для разных значений тока поэтому можно измерить.

Измеренные значения можно нанести на график.

По мере уменьшения значения 𝐼 значение 𝑉 увеличивается. Значение 𝐼 для 𝑉=0 не может быть определяется по показаниям вольтметра, но может быть оценен по показаниям вольтметра, где 𝐼>0.Это показано на следующем рисунке.

Этот график представляет собой график прямой линии, пересекающей ось 𝑦 с 𝜀. График имеет отрицательный наклон.

График прямой может быть записан как 𝑦=𝑚𝑥+𝑐, где 𝑚 — наклон графика, а 𝑐 — пересечение оси 𝑦.

График, используемый для оценки 𝜀, имеет значения 𝐼 на оси 𝑥 и значения 𝑉 на его оси 𝑦. Это показывает нам, что уравнение линии этого графика имеет вид 𝑉=𝑚𝐼+𝜀𝑉=𝜀+𝑚𝐼𝑉=𝜀+𝐼𝑚.

Мы можем изменить уравнение 𝜀=𝑉+𝐼𝑟 так как 𝜀−𝐼𝑟=𝑉𝑉=𝜀−𝐼𝑟.

Сравнение 𝑉=𝜀−𝐼𝑟 к уравнению для линии графика, используемой для оценки 𝜀, 𝑉=𝜀+𝐼𝑚, Мы видим, что −𝑚=𝑟.

Таким образом, график можно использовать для определения 𝑟, а также 𝜀. ЭДС и внутреннее сопротивление аккумулятора можно определить.

Теперь рассмотрим пример, в котором ЭДС и внутреннее сопротивление батареи определяются на основе измерений.

Пример 3. Определение ЭДС и внутреннего сопротивления батареи с использованием нескольких измерений

На графике показано изменение тока в цепи с напряжением на клеммах батареи, которая производит ток.

  1. Какова электродвижущая сила батареи?
  2. Каково внутреннее сопротивление батареи?

Ответ

Часть 1

ЭДС 𝜀 батареи определяется уравнением 𝜀=𝑉+𝐼𝑟, где 𝑉 — напряжение на клеммах аккумулятора, 𝑟 — внутреннее сопротивление аккумулятора, 𝐼 — ток в цепи.

Величина ЭДС 𝜀 батареи равна точке пересечения оси 𝑦 линии наилучшего соответствия точек нанесен на график. Это показано на следующем рисунке.

ЭДС батареи 6 В.

Часть 2

Внутреннее сопротивление 𝑟 батареи определяется по уравнению 𝜀=𝑉+𝐼𝑟.

Это уравнение можно переформулировать как 𝑉=𝜀−𝐼𝑟 и выражается как 𝑉=𝜀+(−𝑟)𝐼.

Это уравнение можно сравнить с уравнением для линии наилучшего соответствия 𝑦=𝑐+𝑚𝑥, где 𝑦 — напряжение на клеммах, 𝑥 — ток, 𝑐 — ЭДС, а 𝑚 — наклон линии.

Итак, мы видим, что 𝑚=−𝑟, и так 𝑟=−𝑚.

Наклон линии наилучшего соответствия определяется выражением 𝑚=Δ𝑦Δ𝑥=Δ𝑉Δ𝐼.

Мы можем взять два очень четких значения 𝑉 и 𝐼 из графика: 𝑉=5,90 В и 𝐼=0,80 А, и 𝑉=5,85 В и 𝐼=1,20 А.

Это дает нам значение Δ𝑉 следующим образом: Δ𝑉=5,90−5,85=0,05.VVV

Это дает нам значение Δ𝐼 следующим образом: Δ𝐼=0,80−1,20=−0,40.AAA

Это дает значение 𝑚 следующим образом: 𝑚=0. 05−0,40=−0,125 ВАОм

Мы знаем, что 𝑟=−𝑚, и поэтому 𝑟 равно 0,125 Ом.

Давайте теперь обобщим то, что было изучено в этом объяснителе.

Ключевые моменты

  • Аккумулятор имеет сопротивление, называемое внутренним сопротивлением.
  • Часть разности потенциалов, создаваемая батареей, помогает перемещать заряды через батарею. Эта разность потенциалов недоступна для перемещения зарядов по цепи, к которой подключен аккумулятор.
  • Полная разность потенциалов, создаваемая батареей, называется ЭДС батареи.
  • Разность потенциалов, которую батарея обеспечивает для цепи, подключенной к батарее, называется напряжением на клеммах батареи.
  • ЭДС 𝜀, напряжение на клеммах 𝑉 и внутреннее сопротивление 𝑟 батареи подключены к цепи с током 𝐼 связаны уравнением 𝜀=𝑉+𝐼𝑟.
  • ЭДС и внутреннее сопротивление батареи нельзя измерить напрямую, но можно оценить косвенно.

4.

2 Электродвижущая сила: напряжение на клеммах

Напряжение на клеммах

Выходное напряжение устройства измеряется на его клеммах и, таким образом, называется его напряжением на клеммах Vnull Напряжение на клеммах определяется как

4,44 ноль

, где ноль — внутреннее сопротивление, а ноль — ток, протекающий во время измерения.

null является положительным, если ток течет от положительной клеммы, как показано на рисунке 4.9. Вы можете видеть, что чем больше ток, тем меньше напряжение на клеммах. Точно так же верно и то, что чем больше внутреннее сопротивление, тем меньше напряжение на клеммах.

Предположим, что нулевое сопротивление нагрузки подключено к источнику напряжения, как показано на рис. 4.12. Поскольку сопротивления соединены последовательно, общее сопротивление в цепи равно нулю. Таким образом, по закону Ома сила тока равна

.

4,45 ноль

Рис. 4.12. Схема источника напряжения и его нулевой нагрузки Поскольку нуль внутреннего сопротивления включен последовательно с нагрузкой, это может существенно повлиять на напряжение на клеммах и ток, подаваемые на нагрузку. (Обратите внимание, что буква E означает ЭДС.)

Из этого выражения видно, что чем меньше внутреннее сопротивление null, тем больший ток источник напряжения подает на свою нагрузку null По мере разрядки аккумуляторов null увеличивается. Если ноль становится значительной долей сопротивления нагрузки, то ток значительно снижается, как показано в следующем примере.

Пример 4.4 Расчет напряжения на клеммах, рассеиваемой мощности, тока и сопротивления: напряжение на клеммах и нагрузка

Определенный аккумулятор имеет 12.ЭДС 0 В и внутреннее сопротивление равно нулю (a) Рассчитайте напряжение на его клеммах при подключении к нулевой нагрузке. (b) Каково напряжение на клеммах при подключении к нулевой нагрузке? в) Какую мощность рассеивает нулевая нагрузка? (d) Если внутреннее сопротивление возрастает до нуля, определите ток, напряжение на клеммах и мощность, рассеиваемую нулевой нагрузкой.

Стратегия

Приведенный выше анализ дал выражение для тока с учетом внутреннего сопротивления. Как только ток найден, напряжение на клеммах можно рассчитать, используя уравнение null. Когда ток найден, можно также найти мощность, рассеиваемую резистором.

Раствор для (а)

Ввод заданных значений ЭДС, сопротивления нагрузки и внутреннего сопротивления в приведенное выше выражение дает

4,46 ноль

Введите известные значения в формулу null, чтобы получить напряжение на клеммах.

4,47 В=ЭДС-Ir=12,0 В-(1,188 А)(0,100 Ом)= 11,9 В=ЭДС-Ir=12,0 В-(1,188 А)(0,100 Ом)= 11,9 В

Обсуждение для (а)

Напряжение на клеммах здесь лишь немного ниже ЭДС, что означает, что ноль является легкой нагрузкой для данной конкретной батареи.

Раствор для (б)

Аналогично, при нулевом значении ток равен

.

4,48 ноль

Напряжение на клеммах теперь равно

. 4,49 В=ЭДС-Ir=12,0 В-(20,0 А)(0,100 Ом)= 10,0 В.В=ЭДС-Ir=12,0 В-(20,0 А)(0,100 Ом)= 10,0 В.

Обсуждение для (б)

Это напряжение на клеммах показывает более значительное снижение по сравнению с ЭДС, что означает, что ноль является большой нагрузкой для этой батареи.

Раствор для (с)

Мощность, рассеиваемая нулевой нагрузкой, может быть найдена по формуле null Ввод известных значений дает

4.50 ноль

Обсуждение для (с)

Обратите внимание, что эту мощность также можно получить с помощью выражений null или null, где null — это напряжение на клеммах (в данном случае 10,0 В).

Раствор для (г)

Здесь внутреннее сопротивление увеличилось, возможно, из-за разрядки батареи, до точки, где оно равно сопротивлению нагрузки. Как и раньше, мы сначала находим ток, вводя известные значения в выражение, что дает

4.51 ноль

Теперь напряжение на клеммах

4,52 В=ЭДС-Ir=12,0 В-(12,0 А)(0,500 Ом)= 6,00 В, В=ЭДС-Ir=12,0 В-(12,0 А)(0,500 Ом)= 6,00 В,

, а мощность, рассеиваемая нагрузкой, равна

.

4,53 ноль

Обсуждение для (д)

Мы видим, что повышенное внутреннее сопротивление значительно уменьшило напряжение на клеммах, ток и мощность, подаваемую на нагрузку.

Применение научных практик: внутреннее сопротивление

Внутреннее сопротивление батареи можно оценить с помощью простого действия.Схема, показанная на рисунке ниже, включает резистор R, включенный последовательно с батареей, а также амперметр и вольтметр для измерения тока и напряжения соответственно.

Токи и напряжения, измеренные для нескольких значений R , показаны в таблице ниже. Используя данные, приведенные в таблице, и применив графический анализ, определите ЭДС и внутреннее сопротивление батареи. Ваш ответ должен четко объяснить метод, использованный для получения результата.

 
Сопротивление Ток (А) Напряжение (В)
Р Я 3. 53 4,24
Р II 2,07 4,97
Р III 1,46 5,27
Р IV 1,13 5,43

Таблица 4.1

Ответить

Нанесите измеренные значения тока и напряжения на график. Напряжение на клеммах батареи равно ЭДС батареи за вычетом падения напряжения на внутреннем сопротивлении батареи, или В = ЭДС – Ir. Используя эту линейную зависимость и построенный график, можно найти внутреннее сопротивление и ЭДС батареи. График для этого случая показан ниже. Уравнение В = –0,50 I +6,0, и, следовательно, внутреннее сопротивление будет равно 0,5 Ом, а ЭДС будет равна 6 В.

Тестер аккумуляторов, например те, что показаны на рис. 4.15, используют небольшие нагрузочные резисторы для преднамеренного отбора тока, чтобы определить, падает ли напряжение на клеммах ниже допустимого уровня.Они действительно проверяют внутреннее сопротивление батареи. Если внутреннее сопротивление высокое, батарея слабая, о чем свидетельствует низкое напряжение на клеммах.

Рисунок 4.15. Эти два тестера батарей измеряют напряжение на клеммах под нагрузкой, чтобы определить состояние батареи. Большое устройство используется электронщиком ВМС США для тестирования больших батарей на борту авианосца USS Nimitz и имеет небольшое сопротивление, которое может рассеивать большое количество энергии.(Фотография ВМС США, сделанная помощником фотографа Джейсоном А. Джонстоном) Небольшое устройство используется на небольших батареях и имеет цифровой дисплей, показывающий допустимое напряжение на их клеммах. (Кит Уильямсон)

Некоторые батареи можно заряжать, пропуская через них ток в направлении, противоположном току, который они подают на сопротивление. Это обычно делается в автомобилях и батареях для небольших электроприборов и электронных устройств и представлено графически на рисунке 4.16. Выходное напряжение зарядного устройства должно быть больше, чем ЭДС аккумулятора, чтобы протекающий через него ток был обратным. Это приведет к тому, что напряжение на клеммах батареи будет больше, чем ЭДС, поскольку нуль и нуль теперь отрицательные.

Рисунок 4.16 Зарядное устройство автомобильного аккумулятора меняет нормальное направление тока через аккумулятор, обращая его химическую реакцию и восстанавливая его химический потенциал.

Внутреннее сопротивление

Любой источник электрической энергии, такой как батарея или генератор, поставляет электроэнергию путем преобразования какой-либо другой формы энергии в электрическую энергию.В случае батареи используется энергия, созданная в результате химической реакции. Батарея обеспечивает электродвижущую силу 90 730 90 639 (ЭДС), которая толкает электроны по любой электрической цепи, к которой она подключена. Эта электродвижущая сила может быть выражена как напряжение и определяется как общее количество энергии (в джоулях) на единиц заряда (в кулонах), подаваемых в цепь. Его можно представить с помощью следующей формулы:

куда:

E = энергия в джоулях

Q = заряд в кулонах

ℰ = электродвижущая сила

Разность потенциалов (pd) между каждым компонентом в цепи также выражается как напряжение, но определяется как энергия на единицу заряда, преобразованная компонентом в другие формы энергии.Суммарная ЭДС, обеспечиваемая батареей, представляет собой напряжение холостого хода батареи, то есть напряжение, измеренное, когда к батарее не подключена нагрузка и ток не течет. С практической точки зрения это можно достаточно точно измерить с помощью современного цифрового мультиметра, поскольку величину тока, потребляемого мультиметром, можно считать незначительной. В действительности разность потенциалов, измеренная на клеммах батареи, когда она подключена к нагрузке, будет меньше, чем ее напряжение холостого хода.Причина этого заключается в том, что батарея не является идеальным источником напряжения , потому что, помимо подачи тока через нагрузку, батарея также должна проводить ток через собственное внутреннее сопротивление , что заставит ее рассеивать мощность в виде тепла. .

Внутреннее сопротивление химической батареи обычно составляет от долей ома до нескольких омов и в основном связано с сопротивлением электролитических материалов, используемых при производстве батареи.Ток должен протекать между электродами батареи и через эти материалы, когда батарея подключена к электрической цепи. Таким образом, источник напряжения, такой как батарея, можно рассматривать как идеальный источник напряжения (без внутреннего сопротивления), включенный последовательно с резистором (внутреннее сопротивление батареи). Когда ток протекает через батарею, на внутреннем сопротивлении возникает небольшое падение напряжения. Это падение напряжения можно рассчитать как ток, умноженный на внутреннее сопротивление (закон Ома).Когда к источнику напряжения приложена нагрузка, падение напряжения на сопротивлении нагрузки (напряжение на клемме ) будет равно ЭДС источника минус падение напряжения на внутреннем сопротивлении, поскольку два сопротивления включены последовательно с друг друга. Диаграмма ниже иллюстрирует принцип.


Внутреннее сопротивление батареи последовательно с сопротивлением нагрузки


Внутреннее сопротивление батареи зависит от типа батареи (т.е. щелочной , свинцово-кислотный , никель-кадмиевый и т. д.), и может варьироваться в зависимости от нагрузки, температуры и возраста батареи. Например, одноразовые батареи со временем обеспечивают меньшее напряжение, потому что их внутреннее сопротивление неуклонно растет. В конце концов, создаваемое напряжение будет настолько малым, что батарея станет бесполезной и ее придется выбросить. Если ЭДС (ℰ) батареи известна, ее внутреннее сопротивление (  R ВНУТРЕННЯЯ  ) можно найти путем измерения тока ( I LOAD  ), протекающего через сопротивление нагрузки (  R 90  ) с известным значением.Поскольку внутреннее сопротивление и сопротивление нагрузки включены последовательно, мы можем использовать закон Кирхгофа для напряжения и закон Ома, чтобы получить следующую формулу:

  =  ( R ВНУТРЕННИЙ   +   R НАГРУЗКА )  ×   I  НАГРУЗКА

Решив для R ВНУТРЕННИЙ , получим:

R нагрузки
R Внутренний =
I нагрузки

Рассмотрим схему, показанную ниже, в которой батарея с известной ЭДС 1. 5 В подключены последовательно с лампой. Падение напряжения, измеренное на лампе В НАГРУЗКА , составляет 1,2 В, значит, мы «потеряли» 0,3 В на внутреннем сопротивлении R ВНУТРЕННЕЕ . Сопротивление проводов в цепи можно считать пренебрежимо малым, тогда как сопротивление лампы R НАГРУЗКА неизвестно. Ток I , протекающий по цепи, равен 0,30 А. Как найти внутреннее сопротивление?


Чему равно внутреннее сопротивление батареи?


Поскольку мы знаем, что R = В/I (закон Ома), мы можем найти сопротивление нагрузки следующим образом:

1.2 В   =  4 Ом I 0,3 А

Теперь, используя ранее полученную формулу для внутреннего сопротивления:

R нагрузки
R внутренний =
нагрузки

9017 R Внутренний = 1. 5 В   –  4 Ом =  1 Ом 0,3 А

Внутреннее сопротивление источника электрической энергии является важным фактором при рассмотрении вопроса о том, как заставить источник подавать максимальную мощность на подключенный к нему электрический прибор (нагрузку). Хотя мы рассмотрим вопрос мощности более подробно в другом месте, теорема о максимальной мощности утверждает, что максимальная передача мощности происходит, когда внутреннее сопротивление источника равно сопротивлению нагрузки.Обратной стороной этого является то, что мощность, рассеиваемая в самом источнике, также равна мощности, передаваемой в нагрузку ( Мощность = I  2 × R ), что дает энергоэффективность всего 50%. Наиболее эффективная передача мощности происходит, когда внешнее сопротивление (нагрузки) намного больше внутреннего сопротивления источника. Поэтому при выборе наилучшего типа источника необходимо тщательно учитывать потребности приложения. Например, свинцово-кислотный автомобильный аккумулятор должен выдавать относительно высокие токи при сравнительно низком напряжении (большинство автомобильных аккумуляторов обеспечивают номинальную ЭДС 12,6 вольт). Его низкое внутреннее сопротивление позволяет ему обеспечивать такие высокие токи без значительного падения напряжения на его клеммах. С другой стороны, высоковольтные источники питания должны иметь чрезвычайно высокое внутреннее сопротивление, чтобы ограничить величину тока, который может протекать в случае случайного короткого замыкания.

Проблемы

  1. Батарея на 9 В соединена последовательно с нагрузкой, и напряжение на клеммах равно 8 В.Сила тока в цепи равна 5 А. Чему равно внутреннее сопротивление батареи?
  2. Какова ЭДС батареи в следующей цепи?


  3. Каково внутреннее сопротивление батареи в следующей цепи?


  4. Батарея имеет внутреннее сопротивление 0,5 Ом и ЭДС 1. 5 В. При последовательном соединении с сопротивлением нагрузки напряжение на клеммах падает до 1,45 В. Какой ток протекает в цепи и какова величина сопротивления нагрузки?
  5. Чему равно напряжение на клеммах батареи с ЭДС 12 В и внутренним сопротивлением 0,5 Ом, когда она соединена последовательно с резистором 10 Ом?

Ответы на проблемы


ЭДС, последовательное и параллельное соединение резисторов — интерактивная практика

Поток электрического тока

 

Преобразование энергии на двух концах…

 

 

В электрической цепи всегда имеется источник энергии и нагрузка. Первый генерирует энергию, а второй использует ее. Источником может быть ячейка, батарея, динамо-машина или даже солнечная панель. Нагрузкой может быть резистор, лампочка, вентилятор или нагреватель. Мы знаем, что в то время как преобразования энергии происходят в источнике и нагрузке, электрический ток течет по цепи от точки с более высоким потенциалом к ​​точке с более низким потенциалом.

В приведенной выше анимации катящиеся шары имитируют электрический ток, опускаясь из точки с высокой потенциальной энергией в точку с низкой потенциальной энергией. Таким же образом ток, идет от положительной клеммы – при более высоком потенциале – к отрицательной – при более низком потенциале. Однако когда шары достигают ног человека, они должны перемещаться из точки с более низкой потенциальной энергией в точку с более высокой потенциальной энергией. Это невозможно без вмешательства мужчины. Поэтому он наклоняется и поднимает их, чтобы они двигались, превращая свою химическую энергию в потенциальную энергию.

Когда заряды, несущие электрический ток, достигают отрицательного полюса элемента, они сталкиваются с той же проблемой. Таким образом, химическая энергия в батарее превращается в электрическую энергию, чтобы обеспечить заряды энергией для преодоления препятствия. Вот почему человек через некоторое время устает, а батарея разряжается, поскольку их соответствующие энергии превратились в разные формы.

Электродвижущая сила – ЭДС

Количество химической энергии, которая превратилась в электрическую энергию для перемещения +1C по цепи, называется Электродвижущей силой клетки.

Единицы: Вольт

Мощность устройства

Энергия, потребляемая устройством в единицу времени, называется его мощностью.
Единицы:
P = E/t = J/t = Вт
Если напряжение равно V и через него проходит заряд Q за время t,
E = QV
Итак, P = QV/t = ItV/t = VI
P = VI
P = Вт; В = вольт; я = А

Мощность устройства должна быть указана вместе с напряжением, при котором оно допустимо.
60Вт, 240В означает, что мощность 60Вт получается при 240В.

Например, 1

Мощность лампы 60Вт, 240В. Найдите его сопротивление.
P = VI
60 = 240I
I = 1/4 A
V = IR
240 = (1/4)R
R = 960 Ом.

Например, 2

Мощность утюга 1200Вт, 240В. Найдите силу тока и энергию, израсходованную за час.
П = ВИ
1200 = 240И
Я = 5А.
E = Pt
E = 1200 X 3600
E = 4,32×10 6 J.

Например, 3

Мощность лампы 60Вт, 240В. Из-за отключения электроэнергии напряжение упало до 200В.Найдите новую мощность лампочки. Что бы вы заметили в лампочке?
P = VI
60 = 240I
I = 1/4 A
V = IR
240 = (1/4)R
R = 960 Ом
При работе под новым напряжением
V = IR
200 = I x 960
I = 5/24 A
P = VI
P = 200 X 5/24
P = 41,7 Вт
Лампа станет тусклее.

Доказательства существования внутреннего сопротивления клетки

 

Предположим, что заряд Q проходит по цепи за время t. ЭДС ячейки, внешнее сопротивление и ток равны E, R и I соответственно.
Энергия, производимая элементом = QE
Энергия, потребляемая внешним резистором = QV t
На практике было отмечено QV t < QE
Следовательно, мы должны учитывать потери энергии, кроме которое произошло на внешнем резисторе. Это, безусловно, вызвано сопротивление, присутствующее в клетке. Это называется внутренним сопротивлением (r).
Таким образом, новое уравнение энергии принимает следующий вид: + R)
IR = E – Ir
Это разность потенциалов на внешнем резисторе (нагрузке).Поскольку вольтметр, подключенный к ячейке, показывает это, а не ЭДС, это известно как Разность потенциалов клемм – В t .
Итак, В t = E – Ir
В разомкнутой цепи I = 0. Следовательно,
В t = E.

напр.

ЭДС элемента составляет 12 В, а его внутреннее сопротивление равно 2 Ом. Найти ток и конечную разность потенциалов на ячейке, если она подключена к внешнему резистору 4 Ом.
E = I(R+r)
12 = I(4 + 2)
I = 2A
В t = E – Ir
В t = 12 – 2×2 = 8
В t = 8 В.

Соединение ячеек
Ячейки

могут быть соединены последовательно, или параллельно или их комбинацией.

Соединение последовательно

Элементы соединены таким образом, что ток через каждый из них одинаков.

Параллельное соединение

Ячейки ЭДС соединены таким образом, что через каждую проходит одинаковый ток.

Подключение резисторов

 

Резисторы серии

Если резисторы соединены таким образом, что ток через каждый из них одинаков, говорят, что они соединены последовательно.

 

Отдельный резистор, который может заменить комбинацию, должен создавать напряжение V, когда ток через него равен I. 2
В = I(R 1 + R 2 )
Для эквивалентного резистора – замена,
В = IR T
IR T = I(R 9 1 )
Ч Т = (Ч 1 + Ч 2 )

Резисторы параллельно

Если резисторы соединены таким образом, что напряжение на них одинаково, говорят, что они параллельны.

 

Отдельный резистор, который может заменить комбинацию, должен создавать напряжение V, когда ток через него равен I.
Для отдельных резисторов I = a + b
I = V/R 1 + V/R 2
V = V(1/R 1 + 1/R 2 )
Для эквивалентного резистора – замена,
I = V/R T
V/R T = V/(1 /R 1 + 1/R 2 )
1/R T = 1/R 1 + 1/R 2

Э.г.1

Найдите общее сопротивление следующей цепи.

 

Общее сопротивление по xy:
1/R T = (1/6) + (1/3)
1/R T = (1 + 2)/6 = 2/6 = 1/2
R T = 2 Ом
Общее сопротивление ветви = 2 + 4 = 6 Ом
Общее сопротивление трех ветвей, которые теперь соединены параллельно
1/R T = (1/6) + (1/15) + ( 1/10)
1/R T = (5 + 2 + 3)/30 = 10/30 = 1/3
R T = 3 Ом

Э. г.2

При последовательном соединении двух резисторов общее сопротивление составляет 25 Ом. Если они соединены параллельно, общее сопротивление равно 6 Ом. Найдите сопротивление каждого.
Когда они соединены последовательно,
R T = x + y = 25 Ом
Когда они соединены параллельно,
1/R T = (1/x) + (1/y)
1/R T = (x + y)/xy = 1/6
6(x + y) = xy
6 X 25 = xy => xy = 150 => x = 150/x
Итак, 150/x + x = 25
x 2 + 150 = 25x
x 2 – 25x + 150 = 0
(x – 15)(x – 10) = 0
x = 15 или x = 10
Сопротивление каждого резистора равно 15 Ом или 10 Ом

Э.г.3

Найдите полное сопротивление следующей цепи и силу тока.

 

Поскольку все резисторы соединены последовательно, общее сопротивление будет следующим:
R T = 1 + 2 + 3 + 4 = 10 Ом
Общий ток = 20/10 = 2 А
Этот ток протекает через каждый резистор, как они есть последовательно.

Например, 4

Найдите полное сопротивление следующей цепи и токи в каждой ветви.

 

Общее сопротивление через AB:
1/R T = (1/6) + (1/3)
1/R T = (1 + 2)/6 = 2/6 = 1/2
R T = 2 Ом
Общее сопротивление цепи = 2 + 2 + 1 = 5 Ом
Общий ток = 15/5 = 3 А
Этот ток делится на А обратно пропорционально сопротивлению каждой ветви – чем больше сопротивление , тем меньше ток, который проходит через него.
Поскольку два сопротивления параллельны,
6a = 3b
b = 2a
a + b = 3
3a = 3 => a=1A ; б = 2А.
Другие резисторы получают ток 3А.

Дополнительные вопросы по резисторам в цепях

Найдите общее сопротивление следующих цепей:

 

Ответ: 5 Ом

 

Ответ: 6 Ом

Здесь вы можете попрактиковаться в расчетах последовательного и параллельного соединения резисторов. Просто переместите ползунки и посмотрите, как изменится общее сопротивление.

 

Следующий Предыдущий

 

По какой формуле рассчитать ЭДС?

По какой формуле вычисляется ЭДС?

Это самый простой способ расчета ЭДС. Электродвижущая сила клетки. Сопротивление в цепи. Внутреннее сопротивление клетки…. Формула для расчета ЭДС.

\varepsilon электродвижущая сила
E энергия в цепи
Q Заряд цепи

Как рассчитать ЭДС батареи?

ЭДС элемента можно определить путем измерения напряжения на элементе с помощью вольтметра и тока в цепи с помощью амперметра для различных сопротивлений.

Что такое ЭДС клеточной физики?

Электродвижущая сила (ЭДС) представляет собой сумму разностей электрических потенциалов, возникающих в результате разделения зарядов (электронов или ионов), которые могут возникать на каждой границе фаз (или границе раздела) в ячейке. Величина каждой разности потенциалов зависит от химической природы двух контактирующих фаз.

Как рассчитать внутреннее сопротивление?

Итак, V = ε – Ir , где буква V – это разность потенциалов, проходящая через цепь, а ε – ЭДС, то есть буква I – ток, протекающий по цепи, r – внутреннее сопротивление .

Чему равна ЭДС ячейки Даниэля?

Определения электрических единиц, которые были предложены на Международной конференции электриков 1881 года, были разработаны таким образом, чтобы электродвижущая сила ячейки Даниэля была около 1.0 вольт. С современными определениями стандартный потенциал ячейки Даниэля при 25 ° C фактически составляет 90 486 1,10 В 90 487 .

Что такое единица ЭДС в системе СИ?

Как и другие меры энергии на заряд, ЭДС использует единицу SI вольт , что эквивалентно джоулю на кулон.

Что такое единица СИ для ЭДС?

Как и другие меры энергии на заряд, ЭДС использует единицу SI вольт , что эквивалентно джоулю на кулон.

В каких единицах измеряется ЭДС?

В международной метрической системе обозначается аббревиатурой Е, но в народе также обозначается как ЭДС. Несмотря на свое название, электродвижущая сила на самом деле не является силой. Он обычно измеряется в единицах вольт , что эквивалентно в системе метр-килограмм-секунда одному джоулю на кулон электрического заряда.

Какова формула удельного сопротивления?

Удельное сопротивление, обычно обозначаемое греческой буквой rho, ρ, количественно равно сопротивлению R образца, такого как провод, умноженному на площадь его поперечного сечения A и деленному на его длину l; ρ = RA/l …. Таким образом, в системе метр-килограмм-секунда единицей удельного сопротивления является ом-метр.

Как рассчитать ЭДС в цепи?

TL;DR (слишком длинно, не читал) Рассчитайте ЭДС по формуле: ε = V + Ir. Здесь (V) означает напряжение элемента, (I) означает ток в цепи и (r) означает внутреннее сопротивление элемента.

Какова формула электродвижущей силы (ЭДС)?

Формула электродвижущей силы (ЭДС) также может быть записана как e = IR + Ir или e = V + Ir.Где e — электродвижущая сила (Вольты), I = ток (А), R = сопротивление нагрузки, r — внутреннее сопротивление ячейки, измеренное в омах. Разница между ЭДС и разницей потенциалов?

Какая формула для ЭДС и ЧР является правильной?

И ЭДС (электродвижущая сила), и pd (разность потенциалов) измеряются в В (Вольтах). Формула ЭДС также может быть записана как e = IR + Ir или e = V + Ir

Зачем нам знать формулу ЭДС?

Понимание разницы между ними и тем, что означает ЭМП, дает нам инструменты, необходимые для решения многих задач в физике, а также в электронике.Также будет введено понятие внутреннего сопротивления батареи.

⇐ Чему равен внутренний угол правильного восьмиугольника? Каковы были успехи Лиги Наций в 1920-е годы? ⇒
Похожие сообщения:

Электричество – подробное содержание

 

 

Однокамерный

 

Э. М.Ф. (E) – это p.d. через ячейку, когда в ней нет тока.

 

Это также можно рассматривать как энергию, преобразованную в электрическую энергию, когда через нее проходит заряд в 1 кулон.

 

Внутреннее сопротивление (r) элемента является очень малым сопротивлением. Для «свинцово-кислотного» элемента оно составляет порядка 0,01 Ом, а для «сухого» элемента — около 1 Ом.

 

Это означает, что свинцово-кислотный элемент обеспечивает больший ток, чем сухой элемент.

 

Мы можем получить важные уравнения для E и r, рассматривая ячейку с сопротивлением в цепи.

 

 

 

 

Общее сопротивление Ом общее представляет собой сумму последовательно включенного резистора и внутреннего сопротивления ячейки.

 

 

путем суммирования p. d. по трассе,

 

 

вместо R итого

 

 

по закону Ома, подставив IR = В R

 

 

Примечание, V R называется клеммой p.д. . Это p.d. через ячейку, когда она поставляет ток.

 

вернуться к началу

 

Измерение E&r

 

 

 

После снятия показаний терминала п.д. (V R ) и тока ( I ) строится график.

 

 

 

 

Информацию можно получить из графика, манипулируя уравнением, полученным для E и r:

 

 

 

поменять местами I и r, перевернув уравнение,

 

 

сравнение с уравнением прямой,

 

 

Таким образом, градиент равен ‘-r ‘, а точка пересечения по вертикальной оси равна ‘ E ‘.

 

вернуться к началу

 

Ячейки в серии

 

 

 

 

 

но

 

и

 

где r внутреннее сопротивление комбинации

 

поэтому

 

 

Таким образом, две последовательно соединенные ячейки эквивалентны одной ячейке с ЭДС, равной сумме двух ячеек.

 

Внутреннее сопротивление комбинации представляет собой сумму внутренних сопротивлений двух ячеек.

 

вернуться к началу

 

Параллельные ячейки

 

Рассматриваемое здесь расположение относится только к ячейкам, которые аналогичны .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.